[論文レビュー] UV Luminosity Functions from 132 z~7 and z~8 Lyman-Break Galaxies in the ultra-deep HUDF09 and wide-area ERS WFC3/IR Observations

R. J. Bouwens, G. D. Illingworth+9 more|arXiv (Cornell University)|Jun 22, 2010

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena被引用数 5

ひとこと要約

本研究は、HUDF09およびERS領域におけるハッブルWFC3/IRおよびACS観測から得られた132個のライマンブレイク銀河（LBG）を用いて、z~7およびz~8における銀河のUV発光関数（LF）を、これまでで最も深いものとして導出した。α ≈ -2.0および-1.9の急峻な微弱端勾配が得られ、微弱銀河がこれらの赤方偏移における発光密度および星形成率密度を支配していることを示しており、再電離期の銀河進化モデルと整合的である。

ABSTRACT

We identify 73 z~7 and 59 z~8 candidate galaxies in the reionization epoch, and use this large 26-29.4 AB mag sample of galaxies to derive very deep luminosity functions to

研究の動機と目的

• z~7およびz~8における銀河のUV発光関数（LF）を、未曾有の深さと動的範囲で測定すること。
• 再電離期における星形成率密度（SFRD）と総発光密度に微弱銀河が果たす寄与を評価すること。
• スパッツラーIRAC光度測定から得られる星の質量密度推定値の信頼性と、高赤方偏移における初期質量関数（IMF）の不変性を評価すること。
• 深さのある低汚染LBGサンプルを用いて、銀河進化モデルおよび再電離シナリオを制約すること。

提案手法

• HUDF09（5σ深度 ~29.4 ABマグニチュード）および広域ERS（5σ深度 ~27.5 ABマグニチュード）調査からの超深さのWFC3/IRおよびACSデータを組み合わせるため、洗練されたライマンブレイク技術が適用された。
• 低赤方偏移源、AGN、および誤検出の汚染を最小限に抑えるために、厳密な光学非検出基準が設けられ、HUDFでは汚染率（~7%）が非常に低く抑えられた。
• 各領域の選択体積を詳細にモデル化し、z~7およびz~8においてM_UV < -18 ABマグニチュードまで、信頼性の高い発光関数を導出した。
• 赤方偏移の推定とSEDフィッティングを用いて、z~7およびz~8のLBG候補を同定・検証し、光度測定のばらつきおよび一時的源の影響についても追加の検証を実施した。
• 調査の深さと選択効果を考慮した最大尤度法を用いて、UV LFの微弱端勾配αを測定した。
• 星形成率密度はUV LFから導出し、スパッツラーIRAC光度測定からの独立した星の質量密度推定値と比較した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 z~7およびz~8におけるUV発光関数の形状、特に微弱端勾配αはどのようなものであり、低赤方偏移と比べてどう異なるか？
• RQ2 微弱銀河がz~7およびz~8における総発光密度および星形成率密度にどれほど支配的であるか？
• RQ3 スパッツラーIRAC光度測定から推定される星の質量密度は、UV LFおよびSFRD推定値から導かれるものと整合的か？
• RQ4 SFRDと質量密度の比較に基づき、z~7およびz~8における初期質量関数（IMF）は低赤方偏移におけるものと整合的か？
• RQ5 系誤差（光度測定のばらつき、AGN、一時的源など）を厳密に評価した場合、高赤方偏移LGBサンプルの信頼性はどの程度か？

主な発見

• z~7におけるUV発光関数の微弱端勾配はα = -2.01 ± 0.21、z~8ではα = -1.91 ± 0.32であり、微弱銀河の急峻な分布を示している。
• これらの急峻な勾配（α < -1.7）は、z~7およびz~8における総発光密度および星形成率密度が微弱銀河に支配されていることを示唆している。
• 導出された星形成率密度は、低赤方偏移で観測された傾向と整合的であり、スパッツラーIRAC光度測定から得られる星の質量密度が示唆する値よりもわずかに40%程度高い。
• 光度測定のばらつき、AGN、一時的源を含む全系誤差の評価を経た後、HUDFサンプルの汚染率は非常に低く（~7%）あり、LBGサンプルの信頼性が裏付けられた。
• UV LFから導かれたSFRDと星の質量密度の整合性は、スパッツラーベースの質量推定値の正確性を支持しており、高赤方偏移におけるIMFの不変性を示唆している。
• 結果は、最初の10億年間の宇宙において微弱銀河が国際間媒体の再電離を主導したモデルと整合的である。