[论文解读] Photometric H alpha and [O II] Luminosity Function of SDF and SXDF Galaxies: Implications for Future Baryon Oscillation Surveys

Masanao Sumiyoshi, Tomonori Totani+10 more|ArXiv.org|Feb 12, 2009

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena被引用 3

一句话总结

本研究利用 Subaru 深空场和 Subaru XMM-深空场的多波段成像数据，通过光谱红移和恒星形成率估计，估算 z = 0.5–1.7 红移区间内星系的 Hα 和 [O II] 发射线 luminosity function。研究结果表明，使用 Bi′z′ 和 Bz′K 滤镜的色彩-色彩选择方法可有效筛选发射线星系，作为未来重子声学振荡（BAO）巡天的目标，成功率可达 50–60%，且在 B ≈ 24–25 深度下可实现最佳红移覆盖。

ABSTRACT

Efficient selection of emission line galaxies at z > 1 by photometric information in wide field surveys is one of the keys for future spectroscopic surveys to constrain dark energy using the baryon acoustic oscillation (BAO) signature. Here we estimate the H alpha and [O II] line luminosity functions of galaxies at z = 0.5-1.7 using a novel approach where multi-wavelength imaging data is used to jointly estimate both photometric redshifts and star-formation rates. These photometric estimates of line luminosities at high-redshift use the large data sets of the Subaru Deep Field and Subaru XMM-Newton Deep Field (covering \sim 1 deg^2) and are calibrated with the spectroscopic data of the local Sloan Digital Sky Survey galaxies. The derived luminosity functions (especially H alpha) are in reasonable agreement with the past estimates based on spectroscopic or narrow-band-filter surveys. This dataset is useful for examining the photometric selection of target galaxies for BAO surveys because of the large cosmological volume covered and the large number of galaxies with detailed photometric information. We use the sample to derive the photometric and physical properties of emission line galaxies to assist planning for future spectroscopic BAO surveys. We also show some examples of photometric selection procedures which can efficiently select these emission line galaxies.

研究动机与目标

• 利用光谱数据估算 z = 0.5–1.7 红移区间内高红移星系的 Hα 和 [O II] 发射线 luminosity function。
• 评估基于光谱红移的筛选方法在识别未来时域 BAO 巡天目标中的可行性。
• 为配备大视场光谱仪的 8–10 米望远镜提供所需巡天深度与筛选效率的定量指导。
• 利用低红移 SDSS 光谱数据校准光谱线 luminosity 估算结果以确保准确性。
• 推导发射线星系的物理属性（恒星质量、消光、尺寸、偏移因子），以支持宇宙学巡天规划。

提出的方法

• 利用 Subaru 深空场（SDF）和 Subaru XMM-深空场（SXDF）的多波段光谱数据，覆盖约 0.85 deg² 的天区。
• 采用基于 SED 拟合的联合光谱红移与恒星形成率估算技术，推导发射线 luminosity。
• 通过本地 SDSS 星系的光谱测量校准光谱线 luminosity 估算，确保结果准确性。
• 应用 Bi′z′ 和 Bz′K 色彩-色彩筛选标准，从光谱巡天中识别高红移发射线星系。
• 基于校准样本，在三个红移区间（0.5–1.0，1.0–1.4，1.4–1.7）推导 luminosity function。
• 利用结构形成理论，从光谱和红移估算结果中推导恒星质量、消光、FWHM 尺寸和线性偏移因子。

实验结果

研究问题

• RQ1 在 z > 0.5 时，光谱红移与 SED 拟合技术能否准确估算 Hα 和 [O II] 线 luminosity？
• RQ2 在 z = 0.5–1.7 红移范围内，适合作为 BAO 巡天目标的发射线星系的数密度与分布如何？
• RQ3 使用简单双色光谱筛选（Bi′z′ 和 Bz′K）在分离高红移发射线星系方面的效率如何？
• RQ4 为实现 BAO 巡天目标密度足够且曝光时间小于 1 小时，B 波段所需的成像深度是多少？
• RQ5 发射线星系的物理属性（质量、尺寸、消光、偏移因子）如何随红移与光度变化？

主要发现

• 估算出的 Hα 和 [O II] luminosity function 与先前的光谱巡天和窄带巡天结果基本一致，验证了光谱方法的可靠性。
• 在 0.5 < z < 1.0 和 1.0 < z < 1.4 红移区间内，存在足够数量的发射线星系，可在 8–10 米望远镜上以 <1 小时曝光时间探测到，适合作为 BAO 巡天目标。
• 在 1.0 < z < 1.4 区间，B 波段深度 ≈24 即可实现使用 Bi′z′ 或 Bz′K 色彩切割的 50–60% 成功筛选率。
• 在 1.4 < z < 1.7 区间，需更深的 B 波段深度 ≈25 才能达到相近的筛选效率。
• Bi′z′ 和 Bz′K 两种色彩筛选方法在深度需求与成功率方面表现相当，无明显优势。
• 仅靠双色筛选在高红移区间 1.4 < z < 1.7 内效率不足，表明需采用多色或 N 维光谱方法。