[论文解读] Unbiased surveys of dust-enshrouded galaxies using ALMA

Kotaro Kohno, Seiji Fujimoto+44 more|arXiv (Cornell University)|May 24, 2023

Astronomy and Astrophysical Research被引用 4

一句话总结

本文介绍了ALMA强引力透镜星系团巡天（ALCS），这是一项历时96小时的ALMA巡天，利用引力透镜效应探测暗弱、被尘埃包裹的星系。巡天在1.2 mm波段达到约60 μJy beam⁻¹的深度，覆盖约133 arcmin²的天区，共检测到141个可靠的连续谱源，实现了对约7 μJy深度的无偏数量计数，与未来詹姆斯·韦布空间望远镜（JWST）的后续观测具有强大协同效应，并对高红移星系演化提供了约束。

ABSTRACT

The ALMA lensing cluster survey (ALCS) is a 96-hr large program dedicated to uncovering and characterizing intrinsically faint continuum sources and line emitters with the assistance of gravitational lensing. All 33 cluster fields were selected from HST/Spitzer treasury programs including CLASH, Hubble Frontier Fields, and RELICS, which also have Herschel and Chandra coverages. The total sky area surveyed reaches $\sim$133 arcmin$^2$ down to a depth of $\sim$60 $μ$Jy beam$^{-1}$ (1$σ$) at 1.2 mm, yielding 141 secure blind detections of continuum sources and additional 39 sources aided by priors. We present scientific motivation, survey design, the status of spectroscopy follow-up observations, and number counts down to $\sim$7 $μ$Jy. Synergies with JWST are also discussed.

研究动机与目标

• 利用ALMA的高灵敏度和引力透镜放大效应，对被尘埃包裹的、本征暗弱的星系开展无偏探测。
• 通过利用大质量星系团的强引力透镜效应，克服亚毫米波巡天中的流量退化问题。
• 通过探测盲巡天中混淆极限以下的源，实现对高红移尘埃星系形成星系的完整普查。
• 实现对亚毫米波星系的可靠数量计数，探测深度接近~7 μJy，逼近混淆极限。
• 通过在ALMA数据中识别出高信噪比的高红移、透镜化源，为JWST后续观测做好准备。

提出的方法

• 利用33个HST/Spitzer巡天场（CLASH、哈勃前沿场、RELICS）作为引力透镜星系团，放大背景源。
• 在1.2 mm波段开展历时96小时的ALMA连续谱巡天，深度为~60 μJy beam⁻¹，覆盖约133 arcmin²的天区。
• 利用光度和天体测量先验，识别出141个可靠的盲探测源和39个额外源。
• 结合Herschel、Chandra和HST的多波段覆盖数据，实现源的特征刻画和红移估计。
• 应用数量计数分析，推导出探测深度接近~7 μJy的源数量计数，逼近混淆极限。
• 利用引力透镜放大效应，探测在盲巡天中原本不可见的源。

实验结果

研究问题

• RQ1 在亚毫米波段，尘埃包裹的星形成星系的本征数量计数分布，其探测深度可低至多暗？
• RQ2 引力透镜效应如何使我们能够探测到盲ALMA巡天混淆极限以下的本征暗弱、尘埃包裹星系？
• RQ3 在1.2 mm波段、深度约60 μJy beam⁻¹的透镜ALMA巡天中，源检测的完整性和可靠性如何？
• RQ4 所探测到的源与高红移星系演化模型的预期相比有何异同？
• RQ5 与JWST在表征这些透镜化、尘埃包裹星系的红移和物理特性方面，具有怎样的协同潜力？

主要发现

• ALCS巡天在1.2 mm波段达到~60 μJy beam⁻¹（1σ）的深度，覆盖总天区约133 arcmin²。
• 巡天共识别出141个可靠的连续谱源盲探测结果。
• 通过光度和天体测量先验，额外探测到39个源，显著提升了探测完整性。
• 数量计数已测量至~7 μJy，接近当前亚毫米波巡天的混淆极限。
• 该巡天提供了高红移尘埃星系形成星系的稳健、无偏普查，流量偏差极小。
• 与JWST具有强大协同潜力，因为这些透镜化源是红移和物理特性表征的理想目标。