[论文解读] The primordial environment of supermassive black holes (II): deep Y and J band images around the z=6.3 quasar SDSS J1030+0524

B. Balmaverde, R. Gilli+10 more|Archivio istituzionale della ricerca (Alma Mater Studiorum Università di Bologna)|Jun 7, 2017

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 57被引用 7

一句话总结

本研究利用加拿大-法国-夏威夷望远镜（CFHT）上的WIRCam对红移z≈6.3的类星体SDSS J1030+0524进行了深度Y和J波段成像，识别出21个可靠的高红移Lyman断续星系（LBG）候选体，其红移z∼6。LBG的空间分布不对称，且存在2.4±0.5的过密度（显著性>4σ），为类星体周围存在大尺度结构提供了有力证据，支持宇宙学模型中关于早期超大质量黑洞（SMBH）在大质量暗物质晕内、且位于过密环境中的形成预测。

ABSTRACT

Many cosmological studies predict that early supermassive black holes (SMBHs) can only form in the most massive dark matter halos embedded within large scale structures marked by galaxy over-densities that may extend up to 10 physical Mpc. This scenario, however, has not been confirmed observationally, as the search for galaxy over-densities around high-z quasars has returned conflicting results. The field around the z=6.28 quasar SDSSJ1030+0524 (J1030) is unique for multi-band coverage and represents an excellent data legacy for studying the environment around a primordial SMBH. In this paper we present wide-area (25x25 arcmin), Y- and J-band imaging of the J1030 field obtained with the near infrared camera WIRCam at the Canada-France-Hawaii Telescope (CFHT). We built source catalogues in the Y- and J-band, and matched those with our photometric catalogue in the r, z, i bands presented in Morselli et al. (2014). We used these new infrared data together with H and K and Spitzer/IRAC data to refine our selection of Lyman Break Galaxies (LBGs), extending our selection criteria to galaxies in the range 25.2=1.3. We found a significant asymmetry in the distribution of the high-z galaxies in J1030, supporting the existence of a coherent large-scale structure around the quasar. We compared our results with those of Bowler et al. (2015), who adopted similar LBGs selection criteria, and estimated an over-density of galaxies in the field of delta = 2.4, which is significant at >4 sigma. The over-density value and its significance are higher than those found in Morselli et al. (2014), and we interpret this as evidence of an improved LBG selection.

研究动机与目标

• 研究z≈6.3类星体SDSS J1030+0524的大尺度环境，该区域是研究早期超大质量黑洞（SMBH）形成的关键场所。
• 检验宇宙学预测：高红移SMBH形成于最 massive 的暗物质晕中，且位于延伸至约10物理Mpc的大尺度结构内，且存在星系过密度。
• 通过深度、大视场近红外成像与多波段测光，改进高红移LBG候选体的筛选，降低低红移天体的污染。
• 评估类星体周围星系的聚集性，判断观测到的过密度是否与相干的大尺度结构一致。

提出的方法

• 使用加拿大-法国-夏威夷望远镜（CFHT）上的WIRCam，对SDSS J1030+0524场区获取深度宽场（25′×25′）Y波段和J波段成像。
• 构建Y波段和J波段的测光星表，并与LBT/LBC的现有r、i、z波段数据，以及MUSYC巡天和斯皮策/IRAC在3.4和4.5 μm波段的H、K波段数据进行交叉匹配。
• 通过i−z ≥ 1.3颜色标准，将LBG筛选扩展至更暗的源（25.2 < zAB < 25.7），补充主样本（zAB < 25.2）和次级样本。
• 利用从~0.9至3.2 μm的多波段测光，对光谱能量分布（SED）进行拟合，以估算测光红移，并将源分类为高红移LBG、恒星或星系。
• 采用颜色-颜色诊断图（i−z vs z−Y）和形态学分析，以区分可靠的高红移LBG候选体与污染源。
• 通过角相关函数量化空间聚集性，并通过与空白天空场比较评估过密度的显著性。

实验结果

研究问题

• RQ1 z≈6.3类星体SDSS J1030+0524周围环境是否表现出统计显著的高红移Lyman断续星系（LBG）过密度？
• RQ2 这些LBG的空间分布是否不对称且聚集，表明存在大尺度结构而非随机场污染？
• RQ3 与以往研究相比，包含更深Y波段和J波段数据是否提高了高红移LBG筛选的可靠性？
• RQ4 该场区z∼6 LBG的过密度显著性和大小如何？与空白天空场相比有何差异？

主要发现

• 共识别出21个可靠的高红移LBG候选体，其测光红移与zphot = 5.95 ± 0.06一致。
• 21个高红移LBG的空间分布表现出显著的不对称性，集中在西北象限，表明其非随机聚集。
• 高红移LBG的角相关函数在尺度<10角分内显示出显著的正信号，而星型天体则无聚集，证实其为随机分布。
• 测得的z∼6 LBG过密度为δ = 2.4，显著性超过4σ，高于Morselli等人（2014年）的结果。
• 改进的筛选方法，结合更深的Y波段和J波段数据以及扩展的颜色标准，可能是导致过密度高于以往研究的原因。
• 对高红移LBG和星型天体的叠加图像显示其SED存在明显差异：前者与z∼6 LBG模板拟合良好，后者则与z=0恒星模板一致，验证了分类的可靠性。