用测光红移研究星系光度函数的演化

标题:Evolution of Galaxy Luminosity Function Using Photometric Redshifts
作者:B. H. F. Ramos, P. S. Pellegrini, C. Benoist, L. N. da Costa, M. A. G. Maia, M. Makler, R. L. C. Ogando, F. de Simoni, A. A. Mesquita
论文索引:astro-ph:1105.5668
编辑供稿:侯磊(中国科学技术大学)

背景介绍

测光红移: 利用测光观测、而不是利用光谱观测来确定星系红移的方法;一般利用星系一些明显的SED特征,如4000Å break(年老的星系SED在4000Å处有一跃变,一般认为是各种金属吸收线导致)、Lyman break等。其优点是,测光观测相对于光谱观测更快,并且对于某些很暗的源,光谱测量比较困难,只能通过测光观测来确定红移,对于高红移观测尤其如此。 但测光红移的缺点也很明显,红移测量的不确定性很大,相对误差达到3-10%;而光谱红移只有0.1%的相对误差。“另外,应该提及,测光红移主要应用于星系的统计的研究,主要要求是对于一个有光谱观测的样本,不影响几个重要统计意义的参数,并不是意味着可以对单个星系使用”(黄崧师兄补充)。

确定测光红移的一般方法一种方法是,通过已有的星系观测或者星族合成模型,可以得到模板光谱,即得到预期的不同红移处各个波段的相对流量;然后将星系的各个波段观测流量与用模板来拟合,以获得最佳拟合红移和最佳拟合光谱模板。这种方法的一个好处是,我们获得最佳拟合光谱模板的同时,也确定了星系的形态,从而方便不同形态星系之间的对比研究;缺点是仅仅依赖于少量的星系模板,尤其在高红移处,因为高红移处的星系模板更难以获得。另一种被称作“经验方法”,是通过已有的大量具有代表性的、同时有测光数据和光谱数据的星系样本(称作training set),得到红移作为测光参数(如不同波段的光度、颜色、聚合度指数等)的函数;然后就可以利用该函数以及星系的测光数据来确定该星系的红移。其缺点是training set必须选择具有代表性的星系。

光度函数:由于光度是星系最基本的参数之一,光度函数也是最基本的星系统计量。光度函数Φ(L)dL的定义为:光度为L~L+dL的星系数密度。光度函数的形式一般可以用Schechter函数形式来拟合。

研究星系光度函数的意义:光度函数既然 是星系最基本的统计特征,那么任何一种星系形成演化的理论对其的预言都要与观测符合,任何一种星系形成演化的数值模拟都要试图产生能与观测符合的光度函数。遗憾的是,“没有任何一个星系形成模型符合所有红移处的光度函数和质量函数,更不用说单个星系的观测特征”(“快乐中微子”师兄的评论)。

本文就是通过测光红移来研究光度函数的演化特征。

观测结果

本文利用的是Canada-France-Hawaii Telescope Legacy Survey (CFHTLS)的四个深场(D1~D4)的u∗,g′,r ′,i′和z ′波段测光观测,主要利用模板拟合方法(用Le Phare code来计算),并用training set方法进行了一定改进。本工作选择采用i’波段统计光度函数,因为该波段与VIMOS VLT Deep Survey (VVDS)的I波段接近,便于后面与光谱光测对比。文中采用80%完备度的i’波段流量样本,共包含385910个源,来统计得到光度函数。作者们还选取D1场中的4813个源,这些源有比较好的VVDS光谱观测,比较其测光红移与光谱红移得到的光度函数,二者符合的很好,从而证明了利用测光红移来研究光度函数的可靠性。

图1给出了在不同红移处的光度函数拟合结果示意图。图中可以看出两个偏离Schechter形式的特征:暗端的upturn和亮端的excess(至于暗段明显低于Schechter形式的部分,一般认为是由于样本不完全造成的)。

图1:不同红移处的光度函数拟合示意图

下面图2给出了四个深场中拟合参数随红移的演化。可以看出,从z=1.8到0.3,M*暗了约0.7个星等,Φ*增大了约4倍。

图2:四个深场中光度函数的拟合参数随红移的演化

文中还研究了各种星系形态的光度函数,如表3和图5所示。结果概述如下:1、各种形态的M*随红移的演化相似,但早型星系的演化比晚型星系要慢一些;2、E和S类型的星系Φ*都随z减小而增大,但早型星系在z=1.2-0.3区间内有相反的趋势,这反映了不同形态的星系相对数目的变化。这些结果为星系的形态转化的理论研究给出了约束。

表1:不同星系形态的光度函数的拟合参数
图3:不同星系形态的光度函数拟合示意图

总结

本文验证了测光红移测量光度函数的可行性,并研究了光度函数随红移演化的结果以及不同形态星系的光度函数演化的结果。在未来的LSST以及其他巡天项目中,我们可以获得大量的测光数据,而完全获得对应的光谱数据是不可能的。因此,利用测光红移来进行光度函数或者其他星系统计将会变得很重要。(以上参考了同一篇文章的Astrobites介绍

扩展阅读

1、SDSS的测光红移和K改正

2、测定SDSS的光度函数的文章

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6 Replies to “用测光红移研究星系光度函数的演化”

  1. 快乐中微子

    Firefox 4.0.1 Windows 7

    最近一直在关注光度函数的问题。想和有兴趣的人讨论一下中国人自己写一套测光红移code的可行性》
    1 SED 模板,问题不大因为
    1.1 SED 模板local数据的观测的都是公开的。获取应该不难。实在是懒的动手,CE01也是公开的。
    1.2 SED 模板 cb03 starburst99 等合成code也是公开的。虽然只能在uv到光学玩。
    1.3 已有人成功的发表了SAM模可提供SFH. 有人成功的发表了化学演化模型,可提供SFH,丰度,dust等sed模型必须信息。
    1.4 已有人成功的《深入敌后》获取了sed模型并且修正了的模型可用于高红移。并且是从uv到射电全波段玩。
    1.5 有人正在试图联合1.3 和1.4成果。
    1.6 联合SAM和sed模板的过程可以多元化。

    2 拟合程序,如何更快更好?
    有了模板的话主要工作就是如何更快的找到开方最小值.

    本人不太懂程序优化,不过我觉得大型sed数据(~1w个星系模板),是不是采用matlab的矩阵运算会快一些?

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