[论文解读] NTT SUSI Deep Field

S. Arnouts, S. D’Odorico+4 more|arXiv (Cornell University)|Oct 8, 1998

Adaptive optics and wavefront sensing被引用 4

一句话总结

本论文利用欧洲南方天文台新技术望远镜（ESO NTT）上的SUSI相机，对高红移类星体BR 1202-0725附近一个5.62平方角分的天区进行了深度多波段测光调查，B、V、r和I波段的5σ极限分别达到26.9、26.5、25.9和25.3。研究识别出红移在3.8 ≤ z ≤ 4.4之间的高红移星系候选体，其在r < 26时的表面密度为2.7 ± 0.4 每平方角分，由此估算出的共动恒星形成率密度为10⁻¹.⁹¹ ± ⁰.⁰⁹ h³ M⊙·yr⁻¹·Mpc⁻³，由于对Lyα发射体和尘埃遮蔽星系的选择性偏差，该值为下限估计。

ABSTRACT

We present a deep BVrI multicolor catalog of galaxies in a 5.62 sq.arcmin field 80 arcsec south of the high redshift (z=4.7) quasar BR 1202-0725, derived from observations with the direct CCD camera SUSI at the ESO NTT. The formal 5$σ$ magnitude limits (in 2 x FWHM apertures) are 26.9, 26.5, 25.9 and 25.3 in B, V, r and I respectively. Counts, colors for the star and galaxy samples are discussed and a comparison with a deep HST image in the I band is presented. The percentage of merged or blended galaxies in the SUSI data to this magnitude limit is estimated to be not higher than 1%. At the same galactic latitude of the HDF but pointing toward the galactic center, the star density in this field is found to be ~3 times higher, with ~20% of the objects with V-I &gt; 3.0. Reliable colors have been measured for galaxies selected down to r = 26. The choice of the optical filters has been optimized to define a robust multicolor selection of galaxies at 3.8 &lt;= z &lt;= 4.4. Within this interval the surface density of galaxy candidates with r &lt; 26 in this field is 2.7 +/- 0.4 arcmin^-2 corresponding to a comoving density of Star Formation Rate at 3.8 &lt;= z &lt;= 4.4 of 10^{-2.00} - 10^{-1.82} h^3 Mo /yr/ Mpc^3.

研究动机与目标

• 对高银纬区域的高红移类星体附近场区进行深度多波段测光调查，以研究暗弱星系群体。
• 测量星等约为r ≈ 26时的星系数量密度和颜色，以支持光谱红移估计。
• 利用多波段选择技术识别并表征红移z ≈ 4的高红移星系候选体。
• 将结果与哈勃深空场数据进行比较，评估大气视宁度和源混淆对源检测的影响。
• 从观测到的星系数量密度推算出z ≈ 4.1时的共动恒星形成率密度。

提出的方法

• 观测使用欧洲南方天文台新技术望远镜（ESO NTT）上的SUSI CCD相机，在BVrI波段进行，观测时间分布在多个测光夜，视宁度小于1角秒。
• 数据处理包括偏置和平场校正、天球坐标校准，以及使用SExtractor进行源提取，采用2×FWHM孔径的测光法。
• 通过形态学和颜色判据对星系与恒星进行分类，估计在I ≈ 24时恒星污染约为1.5%。
• 利用针对z ≈ 4星系优化的多波段选择技术，结合莱曼蓝移技术与IGM吸收效应，估算光谱红移。
• 测量星系数量密度并拟合Schechter函数，以推断暗端星等函数的斜率。
• 将结果与哈勃深空场I波段数据进行交叉匹配，以评估一致性及图像质量的影响。

实验结果

研究问题

• RQ1 在一次深度地基测光调查中，3.8 ≤ z ≤ 4.4红移区间内高红移星系候选体的表面密度是多少？
• RQ2 星系数量密度和颜色如何随星等变化？这对暗端星等函数有何启示？
• RQ3 视宁度和源混淆在深度地基测光调查中对源检测和测光的影响程度如何？
• RQ4 在相同波段下，观测到的数量密度和颜色与哈勃深空场结果相比如何？
• RQ5 从观测到的星系数量密度推算出的z ≈ 4.1时的共动恒星形成率密度是多少？

主要发现

• 所有波段（B、V、r、I）的星系数量密度在暗星等处趋于平坦，B ≥ 25时斜率为≈0.32，表明趋于收敛，暗示B ≤ 25的星系主导了河外背景光。
• 在r波段，z ≈ 4的星形成星系对数量密度的贡献在24 ≤ r ≤ 25时约为5%，在25 ≤ r ≤ 26时约为3%，表明它们并非暗星等数量过剩的主要来源。
• 星等函数暗端斜率推断为α ≈ −1.8，与哈勃空间望远镜观测结果一致，支持了高红移晚期型星系的快速演化。
• 中位颜色演化显示在r ≈ 24.5之前呈蓝色趋势，之后在r ≈ 25.5以上趋于稳定，与数量密度平坦化及各波段间群体收敛一致。
• 高红移星系候选体（3.8 ≤ z ≤ 4.4）在r < 26时的表面密度为2.7 ± 0.4 每平方角分，对应共动恒星形成率密度为10⁻¹.⁹¹ ± ⁰.⁰⁹ h³ M⊙·yr⁻¹·Mpc⁻³，由于对Lyα发射体和尘埃遮蔽星系的偏差，该值为下限估计。
• NTT深空场的恒星密度约为哈勃深空场的3倍，20%的天体具有V−I > 3.0，且在I = 20–24的26颗恒星中，有6颗为低质量或棕矮星候选体。