[论文解读] The MUSE Hubble Ultra Deep Field surveys: Data release II

Roland Bacon, J. Brinchmann+31 more|arXiv (Cornell University)|Nov 15, 2022

Astronomy and Astrophysical Research被引用 4

一句话总结

本文发布了MUSE哈勃极深空场巡天的第二次数据释放，基于141小时自适应光学辅助观测，提供了迄今最深的积分场光谱巡天。该巡天识别出2,221个红移确定的星系——比首次发布多出41%，尤其揭示了哈勃望远镜因深度和分辨率限制而未能探测到的暗弱、高等效径宽Lyα发射体，其最深场区的3σ通量极限为6.3×10⁻²⁰ erg s⁻¹ cm⁻²。

ABSTRACT

We present the second data release of the MUSE Hubble UDF surveys, which includes the deepest spectroscopic survey ever performed. The MUSE data, with their 3D content, amazing depth, wide spectral range, and excellent spatial and medium spectral resolution, are rich in information. This update of the first release incorporates a new 141-hour adaptive-optics-assisted MXDF field (1' diameter FoV) in addition to the reprocessed 10-hour mosaic (3'x3') and the single 31-hour deep field (1'x1'). We have securely identified and measured the redshift of 2221 sources, an increase of 41% compared to the first release. With the exception of 8 stars, the collected sample consists of 25 nearby galaxies (z < 0.25), 677 OII emitters (z=0.25-1.5), 201 galaxies in the MUSE redshift desert range (z=1.5-2.8), and 1308 LAEs (z=2.8-6.7). This represents an order of magnitude more redshifts than the collection of all spectroscopic redshifts obtained before MUSE in the Hubble UDF area (2221 vs 292). At z > 3, the difference is even more striking, with a factor of 65 increase (1308 vs 20). We compared the measured redshifts against three published photometric redshift catalogs and find the photo-z accuracy to be lower than the constraints provided by photo-z fitting codes. 80% of the galaxies have an HST counterpart. They are on average faint, with a median magnitude of 25.7 and 28.7 for the OII and Ly-alpha emitters, respectively. SED fits show that these galaxies tend to be low-mass star-forming galaxies, with a median stellar mass of 6.2 10**8 M and a median SFR of 0.4 M/yr. 20% of our catalog, or 424 galaxies, have no HST counterpart. The vast majority of these new sources are high EQW z>2.8 LAEs that are detected by MUSE thanks to their bright and asymmetric broad Ly-alpha line. We release advanced data products, specific software, and a web interface to select and download data sets.

研究动机与目标

• 利用欧洲南方天文台望远镜上的MUSE，提供哈勃极深空场中最深的积分场光谱巡天。
• 显著增加高红移星系，特别是Lyα发射体的光谱确认数量，超越以往巡天。
• 为天文界提供均一、高保真度的数据产品，采用先进的数据处理与分析方法。
• 识别并表征因哈勃望远镜深度与空间分辨率限制而被遗漏的暗弱、高等效径宽Lyα发射体。
• 公开发布数据产品、软件及网络界面，实现广泛的科学访问与再利用。

提出的方法

• 在三种观测模式下进行深度MUSE积分场光谱观测：10小时的3×3平方弧分拼接场、31小时的单个深场，以及全新的141小时自适应光学辅助MUSE极深场（MXDF），视场直径为1平方弧分。
• 对全部三组数据集应用先进且一致的数据还原与源提取流程，确保通量定标与光谱分辨率的一致性。
• 对发射线（如[O II]、Lyα）采用自动红移测量技术，结合稳健的线型拟合与信噪比阈值设定。
• 基于Rafelski等人（2015年）星表提供的11波段哈勃空间望远镜（HST）测光数据，使用Magphys和Prospector代码进行谱谱能量分布（SED）拟合，以推导恒星质量与恒星形成率。
• 通过比较MUSE源数与HST源星表在不同红移区间与星等限制下的结果，量化MUSE巡天相对于HST的完备性。
• 通过与三个测光红移星表（Rafelski等人，2015年；Momcheva等人，2016年；Merlin等人，2021年）交叉匹配，验证红移测量的准确性，评估偏差与异常值比例。

实验结果

研究问题

• RQ1 在哈勃极深空场中，最深的MUSE观测揭示了多少新的光谱确认星系，特别是高红移Lyα发射体？
• RQ2 MUSE观测在多大程度上探测到了低于哈勃望远镜探测极限的星系，特别是具有高等效径宽Lyα发射的星系？
• RQ3 现有星表的测光红移精度与本场中MUSE获得的光谱红移相比如何？
• RQ4 在MUSE数据中识别出的暗弱、高红移星系的典型物理特性（恒星质量、恒星形成率）是什么？
• RQ5 MUSE星表在不同红移与星等区间相对于HST的完备性极限是多少？

主要发现

• MUSE哈勃极深空场DR2识别出2,221个具有可靠红移的星系，较首次数据发布增加41%。
• 141小时的MXDF达到6.3×10⁻²⁰ erg s⁻¹ cm⁻²的3σ点源通量极限，适用于未分辨的发射线，使其成为迄今最深的光谱巡天。
• 在2,221个源中，有1,308个为红移z=2.8–6.7的Lyα发射体，较此前同一区域的光谱巡天增加65倍。
• 20%（424个）的星表源在HST中无对应体，主要为因暗弱及非对称线轮廓而被哈勃遗漏的高等效径宽Lyα发射体。
• [O II]发射体的中位AB星等为25.7，Lyα发射体为28.7，中位恒星质量为6.2×10⁸ M☉，中位恒星形成速率为0.4 M☉ yr⁻¹。
• 在最深的MXDF区域，完备性在F775W AB星等27.6（z=0.8–1.6）和28.7（z=3.2–4.5）时达到50%，证实该巡天对极暗星系的灵敏度。