近红外巡天发现的红移2.2处的星系团候选

(这是昨天astrph上的一篇关于高红移星系团发现的文章,似乎也不是第一次我们来介绍高红移星系团的工作了,不过这个领域真的很有意思,当然,其实主要还是因为很对我的胃口,而且又是利用Magellan望远镜上面的FOURSTAR照相机新发现的,更要好好宣传一下了)

文章: First Results from Z-FOURGE: Discovery of a Candidate Cluster at z = 2.2 in COSMOS

  • 作者:Lee R. Spitler, Ivo Labbé, Karl Glazebrook, S. Eric Persson, Andy Monson, Casey Papovich, Kim-Vy H. Tran, Greg B. Poole, Ryan Quadri 等
  • 论文索引:astro-ph/1112.2691
  • 编辑整理:南京大学 黄崧

文章背景:

关于高红移星系团的发现和研究意思,如果你是我们blog的忠实读者的话,一定不会特别陌生的,半年以前,蔡峥同学就专门介绍了关于当时一个z~2.07的高红移星系团发现的文章,不久之前,我还介绍了一篇专门介绍星系团发现方法的文章,其中有不少的方法都是为了高红移设计的,希望感兴趣的同学能参考一下;如果再唠叨几句的话,简单的说,星系和人一样,都不是孤独的演化的,在人性格的塑造中,个人经历和环境影响是密不可分的,对星系也是一样,关于星系演化中 Nature v.s Nurture的争论从来就没有停止过,因而,高红移星系团的研究可以从星系的更幼年时期来看环境的影响;当然了,喜欢宇宙学的同学肯定会说,其实高红移星系团在研究宇宙学参数上的作用可能更重要一些,不管怎样,都是很好玩的研究课题,而且目前,这个领域最大的难度就是发现更多的高红移星系团,而本文就是这样的一个新发现


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图一:右侧为利用FourStar观测得到的星系密度分布,图中用字幕表示出了三个高密度区域,左侧为利用之前观测对相同区域,用相同的方法得到的星系密度分布

本文工作:

从方法上说,寻找高红移星系团的最大难度就是要同时得到星系团成员的测光和红移信息,显然光谱红移过于的“昂贵”,不适合这样的撒网式的工作,而传统的宽带测光红移的误差本身就可能让星系团候选的存在变得扑朔迷离,本文的一个最大看点就是利用了近红外中带滤光片深场测光得到星系的SED分布,通过明确的识别出星系中演化星系的4000\AA Balmer-break得到更好的测光红移估计来寻找星系团;而从观测上,新安装在6.5m Magellan-Baade望远镜上的FourStar近红外照相机以及为其专门涉及的分布在 1-1.8微米之间的5个中带滤光片使得这个工作成为了可能, 而本文也是正在进行中的The FourStar Galaxy Evolution Survey(Z-FOURGE巡天的第一个重要科学成果。


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图二:本文观测到的三个高密度区域的近红外颜色合成图

这个巡天的主要手段是对著名的COSMOS天区中的11’x11’的一个区域进行5个中带近红外滤光片(J1, J2, J3, Hs, Hl)和传统Ks波段下的深场测光,到达很深的测光水平,对场内星系进行SED构建,利用已有的手段进行测光红移和星系星族成分的性质拟合;这个著名的天区之前已经被很好的观测过,比如NIRFIRM地面巡天,Spitzer空间红外望远镜的IRAC测光数据等等能对这个工作进行很好的补充;在得到了基本的星系性质之后,作者利用测光红移把星系分成了红移宽度0.2的一个个狭窄的slice,在每个slice中,利用比较流行的星系局部密度测量构建density map,具体来说使用了距离每个星系到距离其第7个近的星系的距离来作为一个经验的指示,利用这个方法,作者在z~2.1-2.3的slice中找到了如图一所示的三个显著overdensity region,或者说,找到了一个包含了几个成分的高红移星系团候选。


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图三:三个区域内星系的SED分布,左侧的三个为每个区域中的最亮成员星系的SED,可以看到显著的Balmer break特征,此外,图中红色的数据点为本文的FourStar近红外中带测光结果,黑色数据点,为之前的光学观测和空间红外观测,可以明显的看出这些中带测光的重要性

通过和之前的不同宽波段观测对比,可以看到,在之前的i波段测光中,星系的密度分布完全没有反映出这个星系团的存在,而在K波段的数据上,也只是有微弱的反映,这也进一步说明了本文采用方法的厉害之处,而且,利用这种多个中带测光结果构建的SED获得的星系团中可能的成员星系,尤其是最亮的星系团成员星系的星族性质也会更加的可靠一些,从上图可见,在这些SED中,演化星族产生的Balmer break特征已经比较明显,这些在overdensity区域存在的比较老年星族主导的星系的存在,也符合我们对与星系团中,星系星族演化的一般认识;在这个红移slice中探测到的300多个星系中,最终有29个星系被判断为属于这个高红移的星系团,他们的测光和颜色信息展示在下图中,也比较明显的揭示出了一个red-sequence的存在,就是星等-颜色分布中,比较靠上的几个星系的位置,这些星系数量虽然很少,但是其可靠的分布已经刷新了有明确red-sequence探测的高红移星系团的记录,也更好的说明了这个星系团发现的可靠性;此外,结合在红移2.2处就已经有red-sequence存在的星系团的特征,作者还和一些数值模拟中相近红移处的的星系成团特征进行了比较,发现按照模拟结果,本文认证出的三个overdensity区域确实很有可能在未来的演化中不断并和,并最终在低红移处形成一个真正的大质量星系团。


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图四:高密度区域内星系的近红外和光学,星等-颜色分布,可以看到一个已经比较明显的red-sequence的存在

延伸阅读:

1. FourStar红外照相机的主页
2. 本文中研究星系SED演化使用的EzGal软件
3. 本文工作中拟合星系SED使用的FAST代码

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