[論文レビュー] The primordial environment of supermassive black holes (II): deep Y and J band images around the z=6.3 quasar SDSS J1030+0524

B. Balmaverde, R. Gilli+10 more|Archivio istituzionale della ricerca (Alma Mater Studiorum Università di Bologna)|Jun 7, 2017

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 57被引用数 7

ひとこと要約

本研究では、CFHTのWIRCamを用いて、z≈6.3のクェーサーSDSS J1030+0524の深さYおよびJバンド画像を取得し、z∼6のロバーマンブレイクギャラクシー（LBG）候補を21個、強く信頼できるものとして同定した。LBGの非対称な空間的分布と、2.4±0.5の過密度（有意水準>4σ）は、クェーサー周囲に大規模構造が存在することを強く示しており、初期のSMBHが過密度環境に位置する大規模なダークマター・ハロー内に形成されることを予測する宇宙論的モデルを支持する。

ABSTRACT

Many cosmological studies predict that early supermassive black holes (SMBHs) can only form in the most massive dark matter halos embedded within large scale structures marked by galaxy over-densities that may extend up to 10 physical Mpc. This scenario, however, has not been confirmed observationally, as the search for galaxy over-densities around high-z quasars has returned conflicting results. The field around the z=6.28 quasar SDSSJ1030+0524 (J1030) is unique for multi-band coverage and represents an excellent data legacy for studying the environment around a primordial SMBH. In this paper we present wide-area (25x25 arcmin), Y- and J-band imaging of the J1030 field obtained with the near infrared camera WIRCam at the Canada-France-Hawaii Telescope (CFHT). We built source catalogues in the Y- and J-band, and matched those with our photometric catalogue in the r, z, i bands presented in Morselli et al. (2014). We used these new infrared data together with H and K and Spitzer/IRAC data to refine our selection of Lyman Break Galaxies (LBGs), extending our selection criteria to galaxies in the range 25.2=1.3. We found a significant asymmetry in the distribution of the high-z galaxies in J1030, supporting the existence of a coherent large-scale structure around the quasar. We compared our results with those of Bowler et al. (2015), who adopted similar LBGs selection criteria, and estimated an over-density of galaxies in the field of delta = 2.4, which is significant at >4 sigma. The over-density value and its significance are higher than those found in Morselli et al. (2014), and we interpret this as evidence of an improved LBG selection.

研究の動機と目的

• z≈6.3のクェーサーSDSS J1030+0524の周囲の大規模環境を調査し、初期の超大質量ブラックホール（SMBH）形成の鍵となる場所としての意義を検証すること。
• 高赤方偏移におけるSMBHが、物理的距離で約10Mpcまで及ぶ大規模構造にまで延びる銀河の過密度を示す環境に埋め込まれた、最も質量の大きなダークマター・ハロー内に形成されることを予測する宇宙論的予測を検証すること。
• 深さのある広視野近赤外画像と多波長の光度測定を用いて、低赤方偏移の対象による汚染を低減させることで、高赤方偏移のLBG候補の選別を改善すること。
• クェーサー周囲の銀河クラスタリングの有意性を評価し、観測された過密度が一貫した大規模構造と整合的であるかどうかを特定すること。

提案手法

• カナダ＝フランス＝ハワイ望遠鏡（CFHT）のWIRCamを用いて、SDSS J1030+0524領域の広視野（25′×25′）YバンドおよびJバンドの深さ画像を取得した。
• YバンドおよびJバンドの光度カタログを作成し、LBT/LBCの既存のr, i, zバンドデータおよびMUSYC調査の追加のH, Kバンドデータ、およびスパッツァー/IRACの3.4および4.5μmでのデータと照合した。
• i−z ≥ 1.3の色基準を用いて、より明るくない源（25.2 < zAB < 25.7）へのLBG選別を拡張し、主サンプル（zAB < 25.2）および補足サンプルを補完した。
• ~0.9から3.2μmのスペクトルエネルギー分布（SED）を、多バンド光度測定を用いてフィッティングし、光度赤方偏移を推定し、源を高赤方偏移のLBG、星、銀河に分類した。
• 色−色プロット（i−z 対 z−Y）と形態的分析を用いて、汚染物質から強固な高赤方偏移LBG候補を区別した。
• 角度相関関数を用いて空間クラスタリングを定量化し、空の領域との比較により過密度の有意性を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 z≈6.3のクェーサーSDSS J1030+0524の周囲環境には、統計的に有意な高赤方偏移ロバーマンブレイクギャラクシー（LBG）の過密度が存在するか？
• RQ2 これらのLBGの空間的分布は非対称でクラスタリングしているか？ これは、ランダムな場所の汚染ではなく、大規模構造を示唆するか？
• RQ3 より深いYおよびJバンドデータを含めることで、過去の研究と比較して高赤方偏移LBG選別における信頼性はどのように向上するか？
• RQ4 この領域におけるz∼6 LBGの過密度の有意性と大きさは何か？ また、空の領域との比較ではどうなるか？

主な発見

• z∼6の強固な高赤方偏移LBG候補が合計21個同定され、光度赤方偏移はzphot = 5.95 ± 0.06と一致した。
• 21個の高赤方偏移LBGの空間的分布は顕著な非対称性を示し、北西領域に集中しているため、ランダムなクラスタリングではないことが示された。
• 高赤方偏移LBGの角度相関関数は10弧分未満のスケールで顕著な正の信号を示したが、星型の対象ではクラスタリングが認められず、ランダムな分布であることが確認された。
• z∼6 LBGの測定された過密度はδ = 2.4であり、>4σの有意水準に達しており、Morselliら（2014）の結果を上回った。
• より深いYおよびJバンドデータと拡張された色基準を組み込んだ改善された選別法が、過去の研究と比較して高い過密度をもたらしたものと考えられる。
• 高赤方偏移LBGおよび星型対象のスタック画像は、明確なSEDの違いを示した：前者はz∼6のLBGテンプレートに良く合致し、後者はz=0の星のテンプレートに良く合致した。分類の妥当性が裏付けられた。