[论文解读] Pixel-z: Studying Substructure and Stellar Populations in Galaxies out to z~3 using Pixel Colors I. Systematics

N. Welikala, Andrew Hopkins+8 more|arXiv (Cornell University)|Dec 12, 2011

CCD and CMOS Imaging Sensors参考文献 2被引用 3

一句话总结

本文利用哈勃望远镜的多波段成像，评估了在高红移星系（z ~ 1–3）中使用像素- $z$ 方法推导空间分辨的星族性质（年龄、SFR、尘埃、金属丰度）时的系统误差。研究发现，当仅使用光学波段颜色时，模型依赖性偏差——尤其是马拉松（2005）与布吕佐阿尔与查洛特（2003）/查洛特与布吕佐阿尔（2007）模型之间的差异——主导了系统不确定性，超过10%的像素中差异超过2σ；对于 z < 1 的星系，近红外数据可减少这些偏差，但对 z > 1 的星系影响甚微。

ABSTRACT

We perform a pixel-by-pixel analysis of 467 galaxies in the GOODS-VIMOS survey to study systematic effects in extracting properties of stellar populations (age, dust, metallicity and SFR) from pixel colors using the pixel-z method. The systematics studied include the effect of the input stellar population synthesis model, passband limitations and differences between individual SED fits to pixels and global SED-fitting to a galaxy's colors. We find that with optical-only colors, the systematic errors due to differences among the models are well constrained. The largest impact on the age and SFR e-folding time estimates in the pixels arises from differences between the Maraston models and the Bruzual&amp;Charlot models, when optical colors are used. This results in systematic differences larger than the 2σ uncertainties in over 10 percent of all pixels in the galaxy sample. The effect of restricting the available passbands is more severe. In 26 percent of pixels in the full sample, passband limitations result in systematic biases in the age estimates which are larger than the 2σ uncertainties. Systematic effects from model differences are reexamined using Near-IR colors for a subsample of 46 galaxies in the GOODS-NICMOS survey. For z &gt; 1, the observed optical/NIR colors span the rest frame UV-optical SED, and the use of different models does not significantly bias the estimates of the stellar population parameters compared to using optical-only colors. We then illustrate how pixel-z can be applied robustly to make detailed studies of substructure in high redshift galaxies such as (a) radial gradients of age, SFR, sSFR and dust and (b) the distribution of these properties within subcomponents such as spiral arms and clumps. Finally, we show preliminary results from the CANDELS survey illustrating how the new HST/WFC3 data can be exploited to probe substructure in z~1-3 galaxies.

研究动机与目标

• 量化在高红移星系（z ~ 1–3）中使用像素- $z$ 测量空间分辨星族性质时的系统误差。
• 评估星族合成（SPS）模型差异对从像素颜色推导出的年龄、SFR、尘埃和金属丰度估计的影响。
• 评估光谱响应函数限制（仅光学 vs. 光学+近红外）对像素- $z$ 测量中系统偏差的影响。
• 将像素级 SED 拟合结果与同一星系孔径的全局 SED 拟合结果进行比较，评估一致性。
• 展示像素- $z$ 在研究 z ~ 1–3 盘状星系中旋臂和致密斑块等亚结构时的稳健性。

提出的方法

• 对 GOODS-VIMOS 巡天中的 467 个星系进行逐像素 SED 拟合，利用多波段测光数据（bviz 滤波器）推导每个像素的星族参数。
• 通过比较三种 SPS 模型的结果——马拉松（2005）、布吕佐阿尔与查洛特（2003）、查洛特与布吕佐阿尔（2007）——量化模型依赖性系统偏差。
• 通过比较仅使用光学波段（bviz）与包含近红外（NICMOS）数据的结果，分析光谱响应函数选择的影响，针对 46 个星系的子样本进行分析。
• 将像素- $z$ 结果（单个像素 SED 拟合的总和）与同一固定孔径内总流量的全局 SED 拟合结果进行比较，以评估一致性。
• 通过示例星系的径向分布和组分分析（如斑块、旋臂）测试像素- $z$ 在亚结构研究中的稳健性。
• 通过统计一致性检验验证结果，包括比较 2σ 不确定性以及 SFR 估计中的异常值检测。

实验结果

研究问题

• RQ1 星族合成模型之间的差异如何影响像素- $z$ 推导出的星族性质的系统不确定性？
• RQ2 光谱响应函数限制（仅光学 vs. 光学+近红外）对像素- $z$ 中年龄和 SFR 估计的系统偏差有何影响？
• RQ3 像素级 SED 拟合与同一星系孔径的全局 SED 拟合在 SFR 及其他参数上的结果如何比较？
• RQ4 像素- $z$ 是否能稳健地分辨高红移盘状星系中的径向梯度和组分特异性性质（如斑块和旋臂）？
• RQ5 模型差异引起的系统误差如何随红移变化，特别是在 z < 1 与 z > 1 星系之间有何差异？

主要发现

• 当仅使用光学（bviz）响应函数时，SPS 模型差异导致的系统不确定性在超过 10% 的像素中超过 2σ 统计不确定性，其中最大差异出现在马拉松（2005）与布吕佐阿尔与查洛特（2003）/查洛特与布吕佐阿尔（2007）模型之间。
• 光谱响应函数限制导致仅使用光学颜色时，年龄估计的系统偏差超过 2σ 的像素占 26%，凸显了宽波段覆盖的重要性。
• 增加近红外响应函数可减少 z < 1 星系中年龄估计的模型依赖性偏差，使差异小于 1σ 的像素比例从仅使用光学时的 0.89 降低至 0.81（光学+近红外），但对 z > 1 星系影响甚微。
• 对于 z > 1 星系，宇宙静止系的光学/近红外颜色探测的是宇宙静止系的紫外-光学 SED，因此模型差异对参数估计的影响小于 z < 1 星系。
• 尽管存在系统不确定性，像素- $z$ 推导的 SFR 与全局 SED 拟合结果总体一致，但存在两类异常值：SFR < 1 M☉ yr⁻¹ 的星系在像素- $z$ 中显示更高的 SFR，而 SFR ≈ 10 M☉ yr⁻¹ 的星系则显示更低的 SFR。
• 尽管存在系统不确定性，像素- $z$ 在测量径向梯度和组分特异性性质（如斑块和旋臂）方面仍具稳健性，且在个别示例中，模型依赖性偏差得到良好约束。