[论文解读] CARS: The CFHTLS-Archive-Research Survey II. Weighing dark matter halos of Lyman-break galaxies at z=3-5

H. Hildebrandt, Jasmin Pielorz+4 more|arXiv (Cornell University)|Mar 23, 2009

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 46被引用 90

一句话总结

本研究利用深度CFHTLS影像测量了z≈3–5红移区间内莱曼断裂星系（LBGs）的团聚特性，应用晕模型推断暗物质晕的质量与星系占有数。研究首次在z≈5时显著检测到相关函数中的单晕项，表明LBGs位于大质量晕中（M ≳ 10¹² h⁻¹ M☉），多数晕中仅含少于一个星系，且未发现星系晕质量或相关长度随红移的显著演化，尤其在紫外光度方面。

ABSTRACT

Aims: We measure the clustering properties for a large samples of u- (z~3), g- (z~4), and r- (z~5) dropouts from the Canada-France-Hawaii Telescope Legacy Survey (CFHTLS) Deep fields. Methods: Photometric redshift distributions along with simulations allow us to de-project the angular correlation measurements and estimate physical quantities such as the correlation length, halo mass, galaxy bias, and halo occupation as a function of UV luminosity. Results: For the first time we detect a significant one-halo term in the correlation function at z~5. The comoving correlation lengths and halo masses of LBGs are found to decrease with decreasing rest-frame UV-luminosity. No significant redshift evolution is found in either quantity. The typical halo mass hosting an LBG is M>~10^{12}h^{-1}M_\odot and the halos are typically occupied by less than one galaxy. Clustering segregation with UV luminosity is clearly observed in the dropout samples, however redshift evolution cannot clearly be disentangled from systematic uncertainties introduced by the redshift distributions. We study a range of possible redshift distributions to illustrate the effect of this choice. Spectroscopy of representative subsamples is required to make high-accuracy absolute measurements of high-z halo masses.

研究动机与目标

• 利用单一、一致还原的数据集精确测量z≈3–5红移区间内莱曼断裂星系（LBGs）的团聚特性，以最小化系统误差。
• 通过使用晕模型拟合其空间团聚特性，推断宿主LBGs的暗物质晕质量。
• 研究晕质量与星系偏置随紫外光度和红移的依赖关系，以检验星系形成模型。
• 在高红移（z≈5）检测并量化相关函数中的单晕项，为单个晕中存在多个星系提供证据。

提出的方法

• 从多波段CFHTLS-Deep影像（u、g、r断带）中推导出光度红移分布，利用模拟将角向团聚反投影为物理相关函数。
• 应用晕模型拟合投影相关函数，将其分解为单晕项与双晕项，以估算平均晕质量与星系占有数⟨Ng⟩。
• 通过建模多种合理的红移分布，测试红移分布假设带来的系统不确定性，评估结果的稳健性。
• 测量星系偏置与相关长度作为紫外光度的函数，误差估计考虑了相关函数中星系数密度与形状的不匹配。
• 分析全程采用ΛCDM宇宙学参数（ΩΛ=0.7，Ωm=0.3，h=0.7，σ8=0.9）与AB星等。
• 利用zCOSMOS、VVDS与DEEP2的光谱红移数据校准并验证光谱红移与污染估计。

实验结果

研究问题

• RQ1 在z≈3–5红移区间，宿主莱曼断裂星系的暗物质晕质量是多少？其与紫外光度有何依赖关系？
• RQ2 LBGs的团聚特性是否表现出显著的红移演化？这种演化能否与光谱红移测量中的系统不确定性相分离？
• RQ3 高红移LBGs的相关函数中是否存在单晕项的证据，表明单个晕中存在多个星系？
• RQ4 平均每个晕中的星系数（⟨Ng⟩）如何随光度与红移变化？其是否与星系形成模型一致？
• RQ5 红移分布的不确定性在多大程度上影响推断的晕质量与相关长度？

主要发现

• 报告了首次在z≈5时对r断带星系相关函数中单晕项的显著检测，表明这些星系位于大质量晕中，部分晕中存在多个星系。
• 宿主LBGs的典型晕质量为M ≳ 10¹² h⁻¹ M☉，在z≈3–5区间内晕质量与相关长度无显著演化。
• 晕质量与相关长度随紫外光度的减小而降低，证实了星系光度与宿主晕质量之间存在紧密联系。
• 平均每个晕中的星系数（⟨Ng⟩）小于1，表明此类质量的晕中多数为空或仅含一个星系。
• 光谱红移分布的系统不确定性限制了红移演化测量的精度，未来需对代表性子样本获取光谱红移数据以实现更高精度的晕质量测定。
• 观测到的相关函数形状与星系数密度之间存在矛盾，导致对⟨Ng⟩的约束较弱，提示当前晕模型应用存在局限性。