[论文解读] The Galaxy Luminosity Function and Luminosity Density at Redshift z=0.1

Michael R. Blanton, David W. Hogg+17 more|arXiv (Cornell University)|Oct 9, 2002

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena被引用 13

一句话总结

本文利用斯隆数字巡天（SDSS）中147,986个星系的数据，测量了红移z=0.1处的星系光度函数和光度密度，采用一种最大似然方法，考虑了流量不确定性、巡_survey限值和光度演化。报告了五个静止系波段的光度密度，其中r波段光度密度为(1.84 ± 0.04) × 10⁸ h L☉ Mpc⁻³，由于对演化模型的改进，相比早期SDSS估计值约提高了0.5个星等。

ABSTRACT

Using a catalog of 147,986 galaxy redshifts and fluxes from the Sloan Digital Sky Survey (SDSS) we measure the galaxy luminosity density at z=0.1 in five optical bandpasses corresponding to the SDSS bandpasses shifted to match their restframe shape at z=0.1. We denote the bands {0.1}{u}, {0.1}{g}, {0.1}{r}, {0.1}{i}, {0.1}{z}, with λ_{eff} = [3216, 4240, 5595, 6792, 8111] Angstroms respectively. We use a maximum likelihood method which allows for a general form for the shape of the luminosity function, simple luminosity and number evolution, incorporates flux uncertainties, and accounts for the flux limits of the survey. We find luminosity densities at z=0.1 in absolute AB magnitudes in a Mpc^3 of [-14.10 \pm 0.15, -15.18 \pm 0.03, -15.90 \pm 0.03, -16.24 \pm 0.03, -16.56 \pm 0.02] in [{0.1}{u}, {0.1}{g}, {0.1}{r}, {0.1}{i}, {0.1}{z}], respectively, using Ω_0 =0.3, Ω_Λ=0.7, and h=1, and using Petrosian magnitudes. Similar results are obtained using Sersic model magnitudes, suggesting that flux from outside the Petrosian apertures is not a major correction. In the {0.1}{r} band, the best fit Schechter function to our results has ϕ_\ast = (1.49 \pm 0.04) imes 10^{-2} h^3 Mpc^{-3}, M_\ast - 5\log_{10} h = -20.44 \pm 0.01, and α= -1.05\pm 0.01. In solar luminosities, the luminosity density in {0.1}{r} is (1.84 \pm 0.04) h 10^8 L_{{0.1}{r},\odot} Mpc^{-3}. Our results are consistent with other estimates of the luminosity density, from the Two-degree Field Galaxy Redshift Survey and the Millenium Galaxy Catalog. They represent a substantial change (\sim 0.5 mag) from earlier SDSS luminosity density results based on commissioning data, almost entirely because of the inclusion of evolution in the luminosity function model.

研究动机与目标

• 利用大规模、高质量的星系巡天，测量红移z=0.1处的星系光度函数和光度密度。
• 通过在光度函数模型中引入光度和星系数量演化，改进早期SDSS结果。
• 评估流量不确定性、巡_survey星等极限和测光系统误差对光度密度估计的影响。
• 检验结果在表面亮度选择效应和天空背景扣除问题下的稳健性。
• 为约束星系形成模型、质量-光度比以及高红移演化提供参考数据集。

提出的方法

• 采用最大似然法拟合星系光度函数，允许使用一般函数形式，并纳入流量不确定性。
• 采用宇宙学模型，其中Ω₀=0.3，ΩΛ=0.7，h=1，以计算绝对星等和光度密度。
• 在五个静止系波段（⁰.¹u，⁰.¹g，⁰.¹r，⁰.¹i，⁰.¹z）测量流量，对应于z=0.1时的有效波长范围为3216 Å至8111 Å。
• 同时使用SDSS的Petrosian和Sérsic模型星等，以检验流量孔径选择对结果的影响。
• 采用简单的参数化形式建模光度演化，并在似然函数中考虑巡_survey的流量极限。
• 通过检验表面亮度选择效应并分析低信噪比和天空背景伪影，验证结果的可靠性。

实验结果

研究问题

• RQ1 在考虑光度和星系数量演化的前提下，z=0.1处静止系光学波段的星系光度密度是多少？
• RQ2 z=0.1处的光度函数参数（φ*，M*，α）与低红移值相比如何？这对星系演化有何启示？
• RQ3 表面亮度选择效应在多大程度上会偏差SDSS巡天中光度密度的估计？
• RQ4 基于Petrosian星等的结果与使用Sérsic模型星等的结果相比如何？这表明流量孔径选择的重要性如何？
• RQ5 更新后的光度密度估计与2dFGRS和Millenium Galaxy Catalog的先前测量结果相比如何？

主要发现

• 在z=0.1处，⁰.¹r波段的光度密度为(1.84 ± 0.04) × 10⁸ h L☉ Mpc⁻³，相比早期SDSS测试数据结果约提高了0.5个星等。
• 在⁰.¹r波段，最佳拟合Schechter函数参数为φ* = (1.49 ± 0.04) × 10⁻² h³ Mpc⁻³，M* − 5 log₁₀ h = −20.44 ± 0.01，α = −1.05 ± 0.01。
• 五个静止系波段的光度密度分别为[−14.10 ± 0.15, −15.18 ± 0.03, −15.90 ± 0.03, −16.24 ± 0.03, −16.56 ± 0.02]（以每立方兆秒差距的绝对AB星等表示）。
• 使用Sérsic模型星等的结果与使用Petrosian星等的结果一致，表明Petrosian孔径外的流量对光度密度估计无显著影响。
• 未发现由于银河系消光（A_r ≈ 2以内）导致表面亮度测量存在系统性偏差，表明巡天在低表面亮度区域并非显著不完整。
• 结果与两度空间星系红移巡天（Two-degree Field Galaxy Redshift Survey）和Millenium Galaxy Catalog的独立估计一致，支持其可靠性和稳健性。