[论文解读] VLT Spectroscopy of Galaxies Lensed by Abell AC114: Implication for the Mass Model and the Study of Low-Luminosity Galaxies at High-Redshift

L. E. Campusano, R. Pelló+6 more|ArXiv.org|Apr 30, 2001

Astronomy and Astrophysical Research被引用 24

一句话总结

本研究利用甚大望远镜（VLT）FORS1光谱仪对AC114星系团中的高红移强引力透镜星系进行确认，验证并优化了其引力透镜模型。研究发现了一个红移z=3.347的新型五图像系统，并表明引力放大效应使我们能够探测到比空白场巡天更暗0.5–1.5等的本征星等星系，从而为研究高红移星系光度函数的暗端提供了一种强有力的方法。

ABSTRACT

We present the first results of a spectroscopic survey of faint lensed galaxie s in the core of the galaxy cluster AC114 (z=0.312) obtained from observations w ith the FORS1 spectrograph mounted on the VLT-Antu. The galaxies were chose n in areas close to the high-z critical lines predicted by the gravitational lens model of Natarajan et al (NKSE, 1998) for this cluster, according to both lensing and photometric redshift criteria. All the target galaxies are found to correspond to background galaxies with redshifts values in the [0.7, 3.5] interval. Our spectroscopic observations confirm the predicted lensing redshifts for 3 of the multiple-image galaxies, and together with predictions of the NKSE model led to the discovery of a new 5-image configuration at redshift z=3.347. A revised NKSE model, compatible with the redshift of this new multiple-image system, was generated and employed to calculate the gravitational amplifications of all the observed galaxies. The galaxies corresponding to the multiple-image systems are found to be intrinsically fainter, between 0.5 and 1.5 magnitudes, than the limiting magnitudes of existing blank field studies. When all the observed background galaxies are considered, the resulting intrinsic absolute magnitudes range from M_B~-22 to -19. Therefore, a large gain in sensitivity towards low luminosity high-z objects can actually be obtained, in agreement with theoretical expectations. This method can be used advantageously to probe the high redshift Universe and, in particular, its application to an ensemble of massive cluster cores could constraint the faint end of luminosity function of high redshift galaxies.

研究动机与目标

• 利用AC114星系团（z=0.312）的引力透镜效应，识别并光谱确认高红移背景星系。
• 利用多图像系统的光谱红移数据，检验并优化AC114的引力透镜模型。
• 评估引力透镜巡天在探测本征暗淡、高红移星系方面相对于空白场巡天的灵敏度增益。
• 利用高度放大的低光度源样本，约束高红移星系光度函数的暗端斜率。

提出的方法

• 基于NKSE透镜模型预测的临界曲线和光度红移标准，选择高放大区域作为目标。
• 利用甚大望远镜-Antu上的FORS1仪器进行光谱后续观测，获取星系团核心候选星系的红移。
• 利用更新后的NKS透镜模型（整合了z=3.347的新型五图像系统红移）计算引力放大因子。
• 将观测到的本征星等与空白场巡天结果对比，量化引力透镜带来的灵敏度增益。
• 应用光度红移技术，以优化后续光谱观测的仪器选择。
• 分析透镜星系的光度函数，重点关注B波段绝对星等（M_B），以评估样本对暗端的代表性。

实验结果

研究问题

• RQ1 AC114中多图像系统A的光谱红移是否与NKSE透镜模型预测一致？
• RQ2 能否识别出一个位于z=3.347的新型五图像多图像系统，并用于优化星系团质量模型？
• RQ3 AC114中的引力透镜效应在多大程度上使我们能够探测到比空白场巡天极限星等更暗的星系？
• RQ4 光谱样本中透镜星系的本征星等与相同红移范围内现有空白场巡天中的星等相比如何？
• RQ5 引力透镜放大效应对高红移星系观测光度函数有何影响？

主要发现

• 多图像系统A的光谱红移被确认为z=1.69，与NKSE透镜模型预测高度一致。
• 在z=3.347处发现了一个新型五图像多图像系统E，为优化星系团质量模型提供了关键约束。
• 更新后的NKS透镜模型（整合了z=3.347系统）对所有观测到的多图像系统均给出了自洽的引力放大估计。
• 光谱样本中的星系本征绝对星等M_B范围为-22至-19，中位数为-20.5，表明探测到了本征更暗的天体。
• 光谱样本中的星系比Steidel等（1999）空白场巡天在2 ≤ z ≤ 3.5范围内的极限星等更暗0.5至1.5个星等。
• 引力透镜带来的灵敏度增益相当于有效集光面积提升了2–3倍（在受限源面区域甚至可达约10倍），使对光度函数暗端的稳健研究成为可能。