[论文解读] MUSE integral-field spectroscopy towards the Frontier Fields Cluster Abell S1063: I. Data products and redshift identifications

W. Karman, K. I. Caputi+12 more|arXiv (Cornell University)|Sep 11, 2014

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 47被引用 44

一句话总结

本研究利用MUSE积分场光谱仪对前沿场星系团Abell S1063进行了观测，在单次指向中成功确认了53个星系的红移。研究确认了5个星系团成员，识别出29个额外的星系团星系，并发现了三个红移z > 3的新型莱曼-α发射体，以及一个红移z = 4.113的新型多重引力透镜星系，充分展示了MUSE在无偏高红移巡天和通过强引力透镜效应进行星系团质量建模方面的强大能力。

ABSTRACT

We present the first observations of the Frontier Fields Cluster Abell S1063 taken with the newly commissioned Multi Unit Spectroscopic Explorer (MUSE) integral field spectrograph. Because of the relatively large field of view (1 arcmin^2), MUSE is ideal to simultaneously target multiple galaxies in blank and cluster fields over the full optical spectrum. We analysed the four hours of data obtained in the Science Verification phase on this cluster and measured redshifts for 53 galaxies. We confirm the redshift of five cluster galaxies, and determine the redshift of 29 other cluster members. Behind the cluster, we find 17 galaxies at higher redshift, including three previously unknown Lyman-alpha emitters at z>3, and five multiply-lensed galaxies. We report the detection of a new z=4.113 multiply lensed galaxy, with images that are consistent with lensing model predictions derived for the Frontier Fields. We detect C III], C IV, and He II emission in a multiply lensed galaxy at z=3.116, suggesting the likely presence of an active galactic nucleus. We also created narrow-band images from the MUSE datacube to automatically search for additional line emitters corresponding to high-redshift candidates, but we could not identify any significant detections other than those found by visual inspection. With the new redshifts, it will become possible to obtain an accurate mass reconstruction in the core of Abell S1063 through refined strong lensing modelling. Overall, our results illustrate the breadth of scientific topics that can be addressed with a single MUSE pointing. We conclude that MUSE is a very efficient instrument to observe galaxy clusters, enabling their mass modelling, and to perform a blind search for high-redshift galaxies.

研究动机与目标

• 在MUSE的科学验证阶段，利用MUSE积分场光谱仪对Abell S1063星系团进行全面的红移巡天。
• 识别并表征星系团背后高红移星系，特别是莱曼-α发射体和多重引力透镜系统。
• 通过为透镜星系和星系团成员提供精确的光谱红移，改进星系团核心区域的强引力透镜质量建模。
• 评估MUSE在检测微弱发射线及解析透镜星系中复杂线轮廓方面的性能。
• 将CLASH巡天的光度红移与MUSE数据获得的光谱红移进行比较。

提出的方法

• 在以Abell S1063为中心、覆盖1平方角分的视场内，获取了四小时的MUSE积分场光谱数据。
• 利用MUSE数据处理流程进行数据还原，包括天空背景扣除、波长定标和流量定标。
• 通过自动线源搜寻算法与人工目视检查相结合，识别数据立方体中的发射线以确定红移。
• 利用哈勃前沿场计划提供的引力透镜模型，预测多重透镜星系的图像位置和放大因子。
• 从数据立方体生成窄波段图像，以搜寻目视识别之外的额外发射体。
• 将MUSE的光谱红移与CLASH巡天的光度红移进行比较，以评估其准确性和离散程度。

实验结果

研究问题

• RQ1 MUSE积分场光谱观测揭示的Abell S1063星系团及其周围场中星系的红移分布如何？
• RQ2 在星系团背后可探测到多少个高红移莱曼-α发射体（LAEs）？它们的光度和形态特征是什么？
• RQ3 MUSE识别出的红移在多大程度上提升了星系团核心区域强引力透镜质量模型的准确性？
• RQ4 MUSE的光谱红移与CLASH巡天的光度红移相比如何，特别是对星系团成员和背景星系而言？
• RQ5 在多重透镜星系中检测到哪些发射线特征（如C III], C IV, He II）？这些特征对电离源有何启示？

主要发现

• 通过MUSE光谱确认了53个星系，包括5个确认红移的星系团成员和29个额外的星系团成员。
• 在红移z > 3处发现了三个新的莱曼-α发射体，其中一个位于z = 4.113，其光度约为L ≈ 5 × 10⁴³ erg s⁻¹，放大倍数在5至20之间。
• 识别出一个新的红移z = 4.113的多重引力透镜星系，其图像位置与哈勃前沿场计划的引力透镜模型预测高度一致。
• 在红移z = 3.116的多重透镜星系中检测到C III], C IV和He II等发射线，表明其中可能存在活动星系核。
• 从MUSE数据立方体生成的窄波段图像未能发现除目视识别外的显著新发射体。
• CLASH巡天的光度红移与MUSE的光谱红移总体一致，但对星系团成员的离散度较大。