[論文レビュー] Simulations of the cosmic infrared and submillimeter background for future large surveys

N. Fernández-Conde, G. Lagache+2 more|arXiv (Cornell University)|Jun 8, 2010

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 38被引用数 6

ひとこと要約

本論文は、24 µm源の位置を用いて長波長マップをスタッキングすることで、宇宙赤方偏移とサブミリ波長背景（CIB）の非均一性に起因する高赤方偏移寄与を分離する手法を提示する。z = 1–2の赤方偏移領域において、雑音以下（10倍～4倍）の明るさで検出が可能であり、低赤方偏移（z < 2）の非均一性を効果的に除去することで、集団的・進化的研究に適した高赤方偏移銀河が支配的なクリアなCIBマップの作成が可能となる。

ABSTRACT

Context. Herschel and Planck are surveying the sky at unprecedented angular scales and sensitivities over large areas. But both experiments are limited by source confusion in the submillimeter. The high confusion noise in particular restricts the study of the clustering properties of the sources that dominate the cosmic infrared background. At these wavelengths, it is more appropriate to consider the statistics of the unresolved component. In particular, high clustering will contribute in excess of Poisson noise in the power spectra of CIB anisotropies. Aims. These power spectra contain contributions from sources at all redshift. We show how the stacking technique can be used to separate the different redshift contributions to the power spectra. Methods. We use simulations of CIB representative of realistic Spitzer, Herschel, Planck, and SCUBA-2 observations. We stack the 24 μm sources in longer wavelengths maps to measure mean colors per redshift and flux bins. The information retrieved on the mean spectral energy distribution obtained with the stacking technique is then used to clean the maps, in particular to remove the contribution of low-redshift undetected sources to the anisotropies. Results. Using the stacking, we measure the mean flux of populations 4 to 6 times fainter than the total noise at 350 μm at redshifts z = 1 and z = 2, respectively, and as faint as 6 to 10 times fainter than the total noise at 850 μm at the same redshifts. In the deep Spitzer fields, the detected 24 μm sources up to z ~ 2 contribute significantly to the submillimeter anisotropies. We show that the method provides excellent (using COSMOS 24 μm data) to good (using SWIRE 24 μm data) removal of the z &lt; 2 (COSMOS) and z &lt; 1 (SWIRE) anisotropies. Conclusions. Using this cleaning method, we then hope to have a set of large maps dominated by high redshift galaxies for galaxy evolution study (e.g., clustering, luminosity density).

研究の動機と目的

• CIB非均一性に起因する低赤方偏移と高赤方偏移の寄与を分離し、それらが雑音による混同によって覆い隠されてしまうのを回避すること。
• 低赤方偏移源による汚染を除去することで、サブミリ波長マップを用いた高赤方偏移銀河の集団的・発展的性質の研究を可能にすること。
• 24 µmで検出された既知の源と平均スペクトルエネルギー分布（SED）を用いて、350–850 µmで検出されない微弱な源の統計的検出を可能にする手法の開発。
• 成分分離とスタッキングを用いて、将来の調査に適した大スケールで高赤方偏移が支配的なCIBマップの作成。
• COSMOSおよびSWIREの異なる深紫外フィールドと複数の波長（70–850 µm）において、本手法の有効性を検証すること。

提案手法

• スパイトル調査から得られた24 µm源の位置を用い、長波長マップ（70–850 µm）において信号をスタッキングすることで、検出されない源からの信号を合成する。
• スタッキングを用いて赤方偏移とフラックス・ビンごとの平均スペクトルエネルギー分布（SED）を測定し、雑音限界以下の集団に対する正確なフラックス推定を可能にする。
• 得られた平均SEDを用いて、サブミリ波長マップをクリーニングし、低赤方偏移源（COSMOSではz < 2、SWIREではz < 1）の予測寄与を差し引く。
• パワースペクトル解析を用いてクリーニングの有効性を定量化し、全スペクトル、低赤方偏移、高赤方偏移の非均一性成分を比較する。
• ヘーシェル、プランク、SCUBA-2のデータをシミュレートし、現実的な調査条件とノイズレベルにおいて本手法の有効性を検証する。
• 250–850 µmの複数の波長に本手法を適用し、K補正を用いて赤方偏移に特有の支配的寄与を達成するz ≳ 1–2が支配的なCIBマップを生成する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 低赤方偏移（z < 2）源は、深紫外調査におけるサブミリ波長非均一性にどの程度寄与しているか？
• RQ2 24 µmで検出された源のスタッキングにより、350–850 µmで検出されない集団のフラックス推定が信頼的に可能になるか？
• RQ3 スタッキングから得られたSEDを用いて、CIBパワー・スペクトルから低赤方偏移汚染をどの程度効果的に除去できるか？
• RQ4 本手法を用いた場合、高赤方偏移集団の最小検出フラックスは雑音限界に対してどの程度のレベルか？
• RQ5 本手法により、集団的・発展的研究に適したクリアで高赤方偏移が支配的なCIBマップを生成できるか？

主な発見

• スタッキング手法により、z = 1およびz = 2の源において、350 µmで雑音限界の4–6倍明るい集団の平均フラックスが測定された。
• 850 µmでは、同じ赤方偏移領域において、雑音限界の6–10倍明るい集団が検出された。
• COSMOSフィールドではz < 2の非均一性が優れたレベルで除去されたが、SWIREではz < 1の非均一性が良好に除去された。
• z ∼ 2までの24 µm源がサブミリ波長非均一性に顕著に寄与しており、それらの除去の必要性が裏付けられた。
• クリーニング手法により、ポisson的および相関のある低赤方偏移非均一性の両方が効果的に低減され、とくに低赤方偏移寄与が小さい長波長領域で顕著であった。
• 本手法により、高赤方偏移銀河（z ≳ 1–2）が支配的な大スケールCIBマップが作成可能となり、パワー・スペクトル解析や集団的研究に適したマップが得られた。