[论文解读] Overdensity of i'-Dropout Galaxies in the Subaru Deep Field: A Candidate Protocluster at z ~ 6

Kazuaki Ota, Nobunari Kashikawa+6 more|arXiv (Cornell University)|Apr 22, 2008

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 1被引用 4

一句话总结

本研究通过在昴宿望远镜深空场中发现37个i′-dropout星系的星系团过密区，识别出一个z ≈ 6的候选原星系团，经后续光谱观测确认其包含四个红移z ≈ 6.0的Lyα发射体。该结构的质量约为~1.5 × 10¹⁵ M☉，与已知的z ≈ 2–5原星系团相当，表明其可能是现今大质量星系团的前身。

ABSTRACT

We investigate the sky distribution of z ~ 6 Lyman break galaxies selected as i'-dropouts having i' - z' > 1.45 down to z' < 26.5 in the Subaru Deep Field (SDF). We discover 37 i'-dropouts clustered in a projected comoving 21.6 x 21.6 Mpc^2 region at z = 6, showing a local density excess. Carrying out follow-up spectroscopy, we identify four of them as Lyman-alpha emitters at z = 5.92, 6.01, 6.03 and 6.03 (spread over a distance of 46.6 Mpc). The number density of the cluster itself in SDF is ~ 2.2 x 10^{-7} Mpc^{-3}, smaller than those of protoclusters (i.e., forming galaxy clusters) at z ~ 2-5.7. Also, the structure shows ~4-21 times larger galaxy number density than those of z ~ 6 galaxies in a general field. It has a mass of M ~ 1.5^{+1.8}_{-0.5} x 10^{15}M_sun, comparable to those of z ~ 0-5 protoclusters. Since the contamination of our sample by interlopers is estimated to be quite low, 5.9%, most of the other unconfirmed i'-dropouts in the overdense region can be also z ~ 6 galaxies. Hence, it could be a candidate forming cluster at z ~ 6, representing a progenitor of galaxy clusters seen in the recent-day Universe.

研究动机与目标

• 在早期宇宙中识别大尺度高红移星系结构。
• 探究z ≈ 6时i′-dropout星系的过密区是否代表正在形成的星系团（原星系团）。
• 确定过密区域的物理特性，包括质量、数密度和恒星形成率。
• 评估背景星系的污染率，并确认候选星系的红移。

提出的方法

• 利用深空昴宿望远镜和凯克望远镜影像，通过i′−z′ > 1.45且z′ ≤ 26.5的条件进行i′-dropout星系的测光选择。
• 使用21.6 × 21.6 Mpc²的共动区域进行空间聚类的统计分析，量化相对于场星系的过密程度。
• 利用凯克望远镜/DEIMOS进行后续光谱观测，确认选定i′-dropout星系的红移为Lyα发射体。
• 利用Schechter光度函数和宇宙学参数（Ωₘ=0.3, ΩΛ=0.7, h=0.7）的偏移模型，估算星系数密度和质量。
• 应用质量估算公式M = ρ̄V(1 + δₘ)，并通过C = [1 + f − f(1 + δₘ¹ᐟ³)]对红移空间畸变进行校正，其中f ≈ 1。
• 将该过密区的数密度和质量与低红移已知原星系团进行比较，评估其演化意义。

实验结果

研究问题

• RQ1 在昴宿望远镜深空场中，z ≈ 6的i′-dropout星系是否存在显著的过密区？
• RQ2 过密区中经光谱确认的Lyα发射体的红移是否与z ≈ 6一致？
• RQ3 过密区的估计质量是多少？与低红移已知原星系团相比如何？
• RQ4 过密区的恒星形成率是多少？与场星系相比如何？
• RQ5 i′-dropout样本中背景星系的污染率有多高？未确认源中有多少比例可能是真正的z ≈ 6星系？

主要发现

• 在z ≈ 6的21.6 × 21.6 Mpc²区域内共发现37个i′-dropout星系，显示出显著的过密区，具有局部密度过剩。
• 四个i′-dropout星系经光谱确认为红移z = 5.92, 6.01, 6.03, 和6.03的Lyα发射体，投影距离跨度达46.6 Mpc。
• 过密区的星系数密度约为~2.2 × 10⁻⁷ Mpc⁻³，约为场星系密度的3.8倍，该值受不完全性影响存在下限。
• 过密区的质量估计为1.5⁺¹.⁸₋₀.₅ × 10¹⁵ M☉，与已知的z ≈ 2–5原星系团相当。
• 33个已确认的i′-dropout星系（排除明亮异常值）的平均恒星形成率为11.5 M☉ yr⁻¹，与场星系的12.0 M☉ yr⁻¹相近。
• 背景星系的污染率估计仅为5.9%，表明该区域内未确认的i′-dropout星系中大多数很可能是真正的z ≈ 6星系。