[论文解读] The VIMOS Public Extragalactic Redshift Survey (VIPERS). An unprecedented view of galaxies and large-scale structure at 0.5<z<1.2

L. Guzzo, M. Scodeggio+48 more|arXiv (Cornell University)|Mar 11, 2013

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 79被引用 171

一句话总结

本论文介绍了VIMOS公众星系红移巡天（VIPERS），这是一项在CFHTLS-Wide区域覆盖24平方度、对约53,600个星系进行大尺度光谱巡天的项目，红移范围为0.5 < z < 1.2。利用深度多波段测光和高精度红移数据，VIPERS提供了宇宙正午时期前所未有的大尺度结构三维图，揭示了星系聚类随光度、颜色和环境的变化，具有极高的统计功效和极低的污染水平（恒星污染仅3.2%），从而能够对宇宙学模型和星系演化理论进行精确检验。

ABSTRACT

We describe the construction and general features of VIPERS, the VIMOS Public Extragalactic Redshift Survey. This `Large Programme' has been using the ESO VLT with the aim of building a spectroscopic sample of ~100,000 galaxies with i_{AB}<22.5 and 0.5<z<1.5. The survey covers a total area of ~24 deg^2 within the CFHTLS-Wide W1 and W4 fields. VIPERS is designed to address a broad range of problems in large-scale structure and galaxy evolution, thanks to a unique combination of volume (~ 5 x 10^7 h^{-3} Mpc^3) and sampling rate (~ 40%), comparable to state-of-the-art surveys of the local Universe, together with extensive multi-band optical and near-infrared photometry. Here we present the survey design, the selection of the source catalogue and the development of the spectroscopic observations. We discuss in detail the overall selection function that results from the combination of the different constituents of the project. This includes the masks arising from the parent photometric sample and the spectroscopic instrumental footprint, together with the weights needed to account for the sampling and the success rates of the observations. Using the catalogue of 53,608 galaxy redshifts composing the forthcoming VIPERS Public Data Release 1 (PDR-1), we provide a first assessment of the quality of the spectroscopic data. Benefiting from the combination of size and detailed sampling of this dataset, we conclude by presenting a map showing in unprecedented detail the large-scale distribution of galaxies between 5 and 8 billion years ago. [abridged]

研究动机与目标

• 在宇宙正午时期（z ≈ 0.7–1.0）绘制宇宙大尺度结构的图景，这是星系和结构演化的一个关键时期。
• 提供一个统计完整、高精度的光谱样本，包含约100,000个星系，其iAB < 22.5且0.5 < z < 1.5。
• 通过红移空间畸变和聚类统计，精确测量宇宙学参数，特别是结构增长速率和暗能量演化。
• 研究星系属性（如光度、恒星质量、颜色和恒星形成率）在宇宙时空中及不同环境中的演化。
• 建立一个公开的多波段数据库，整合光谱、测光和SED拟合结果，以支持未来的多信使和宇宙学研究。

提出的方法

• 该巡天利用欧洲南方天文台甚大望远镜（ESO VLT）上的VIMOS仪器，对来自CFHTLS-Wide光学和近红外深度测光巡天选定的星系进行红移测量。
• 采用双层目标选择策略，根据iAB星等和光度红移选择星系，优先选取0.5 < z < 1.5范围内信噪比高的目标。
• 该巡天采用复杂的选源函数，考虑了测光掩膜、光谱覆盖区域以及不同观测成功率的差异，并通过逆概率权重进行校正。
• 红移测量的中位均方根误差为σz/(1+z) = 4.7×10⁻⁴，经1,215次重复观测验证。
• 通过谱谱能量分布（SED）拟合和主成分分析进行星系与恒星的分类，恒星污染率仅为3.2%。
• 利用最终的公开数据发布1（PDR-1）构建三维大尺度结构图，整合了红移、光度和静止帧颜色数据，以追踪星系聚类和环境依赖性。

实验结果

研究问题

• RQ1 在约50,000个星系的光谱巡天基础上，能否在z ≈ 0.7–1.0红移区间高精度地绘制大尺度结构？
• RQ2 VIPERS光谱样本中的真实恒星污染水平是多少？其对宇宙学聚类测量有何影响？
• RQ3 在高红移下，星系属性（如光度、颜色和恒星形成率）在多大程度上能追踪其背后的宇宙大尺度结构？
• RQ4 VIPERS中观测到的红移空间畸变在多大程度上能约束宇宙结构的增长速率，并检验广义相对论的偏离？
• RQ5 在0.5 < z < 1.2红移区间内，星系光度函数和恒星质量函数，特别是大质量端的演化情况如何？

主要发现

• VIPERS PDR-1星表包含53,608个确认的星系红移，恒星污染率仅为3.2%，证实了星-星分离算法的稳健性。
• 中位红移误差为σz/(1+z) = 4.7×10⁻⁴，表明光谱精度足够高，可精确测量红移空间畸变。
• 在约5×10⁷ h⁻³ Mpc³的体积内，采样率约为40%，为聚类分析提供了统计功效强大且特性清晰的样本。
• W1和W4区域的大尺度结构三维图揭示了从<1 Mpc到>100 Mpc尺度的详细丝状结构和空洞结构，具有极高的动态范围。
• 红序早期星系被发现追踪大尺度结构中最密集的区域，而蓝序恒星形成星系则分布在低密度、外围区域，证实了在z ≈ 1时的颜色-密度关系。
• 光谱、多波段测光和SED拟合的结合，使得构建一个全面且公开的数据库成为可能，为未来星系演化和宇宙学研究提供支持。