[论文解读] A Submillimetre Survey of the Hubble Deep Field: Unveiling Dust-Enshrouded Star Formation in the Early Universe

D. H. Hughes, J. S. Dunlop+12 more|arXiv (Cornell University)|Oct 18, 1998

Astronomy and Astrophysical Research参考文献 1被引用 3

一句话总结

本文利用詹姆斯克拉克马克斯韦尔望远镜（JCMT）上的SCUBA仪器，对哈勃深空场进行了迄今最深的亚毫米波段巡天，揭示了遥远星系中被尘埃包裹的恒星形成活动。研究识别出五个在850 μm波段通量密度超过2 mJy的可靠亚毫米波源，表明这些源贡献了30–50%的未解析亚毫米波背景辐射，并暗示在红移2–4期间的恒星形成密度至少是紫外观测推断结果的五倍以上。

ABSTRACT

The advent of sensitive sub-mm array cameras now allows a proper census of dust-enshrouded massive star-formation in very distant galaxies, previously hidden activity to which even the deepest optical images are insensitive. We present the deepest sub-mm survey, taken with the SCUBA camera on the James Clerk Maxwell Telescope (JCMT) and centred on the Hubble Deep Field (HDF). The high source density on this image implies that the survey is confusion-limited below a flux density of 2 mJy. However within the central 80 arcsec radius independent analyses yield 5 reproducible sources with S(850um) > 2 mJy which simulations indicate can be ascribed to individual galaxies. These data lead to integral source counts which are completely inconsistent with a no evolution model, whilst the combined brightness of the 5 most secure sources in our map is sufficient to account for 30-50% of the previously unresolved sub-mm background, and statistically the entire background is resolved at about the 0.3 mJy level. Four of the five brightest sources appear to be associated with galaxies which lie in the redshift range 2 < z < 4. With the caveat that this is a small sample of sources detected in a small survey area, these submm data imply a star-formation density over this redshift range that is at least five times higher than that inferred from the rest-frame ultraviolet output of HDF galaxies.

研究动机与目标

• 探测此前在光学巡天中无法观测到的早期宇宙中被尘埃包裹的恒星形成活动。
• 测量深空场中的亚毫米波源密度，并评估其对宇宙亚毫米波背景的贡献。
• 确定观测到的亚毫米波发射是否可归因于单个高红移星系。
• 将亚毫米波数据推断出的恒星形成率密度与哈勃深空场中基于星系紫外波段辐射推导出的结果进行比较。
• 检验观测到的源密度分布是否与星系形成无演化模型不一致。

提出的方法

• 利用詹姆斯克拉克马克斯韦尔望远镜（JCMT）上的SCUBA相机，在850 μm波段开展深度亚毫米波巡天。
• 聚焦于哈勃深空场中心80角秒区域，以最小化混淆噪声的影响。
• 通过独立的源提取与验证方法，识别出通量密度高于2 mJy的可重复检测源。
• 利用模拟评估源检测的可靠性以及巡天中的混淆程度。
• 将五个最可靠的源的通量密度相加，估算其对河外亚毫米波背景的贡献。
• 将观测到的源密度分布与无演化模型的预测进行比较，以检验亚毫米波源是否存在宇宙演化。

实验结果

研究问题

• RQ1 亚毫米波观测揭示的早期宇宙中，被尘埃包裹的恒星形成活动水平如何？
• RQ2 所检测到的亚毫米波源在多大程度上解释了此前未解析的宇宙亚毫米波背景？
• RQ3 哈勃深空场中的亚毫米波源是否与高红移星系相关联？其红移分布如何？
• RQ4 从亚毫米波数据推断出的恒星形成率密度与同一区域中基于星系紫外波段辐射推导出的结果相比如何？
• RQ5 观测到的亚毫米波源密度分布是否与无宇宙演化模型不一致？

主要发现

• 在哈勃深空场中心80角秒区域内，检测到五个通量密度大于2 mJy的可靠亚毫米波源。
• 五个最亮源的总通量密度占此前未解析的亚毫米波背景的30–50%。
• 统计分析表明，整个亚毫米波背景在约0.3 mJy的通量密度水平上已被完全解析。
• 五个最亮源中的四个与红移2 < z < 4的星系相关联，表明早期宇宙中存在活跃的恒星形成活动。
• 在红移2 < z < 4范围内推断出的恒星形成率密度至少是哈勃深空场星系基于星系紫外波段辐射推断结果的五倍以上。
• 观测到的亚毫米波源密度分布与无演化模型不一致，表明被尘埃包裹的恒星形成存在强烈的宇宙演化。