Identification of Sources in MAMBO 1.2mm Deep Fields

Published: Jan. 12, 2005, 11 a.m.

b'Seit Winter 1998/1999 f\\xfchren Gruppen am Max-Planck-Institut f\\xfcr Radioastronomie (MPIfR), Max-Planck-Institut f\\xfcr extraterrestrische Physik (MPE) und dem National Radio Astronomy Observatory (NRAO) bei 1.2 mm eine tiefe, gro\\xdfe Gebiete abdeckende Himmelsdurchmusterung mit dem Max-Planck-Millimeter Bolometer Array ("MAMBO") am IRAM 30-m Millimeterteleskop durch, um eine signifikante Anzahl von hellen mm-Quellen zu detektieren. Diese Quellen sind h\\xf6chstwahrscheinlich staubreiche Galaxien bei hoher Rotverschiebung mit Sternentstehungsraten von bis zu einigen Tausend Sonnenmassen pro Jahr. Kosmologisch gesehen sind sie hochinteressant, da sie signifikant zum extragalaktischen kosmischen Hintergrund, d.h. zur Stern- und Galaxienentwicklungsgeschichte des Universums, beitragen. Zum Verst\\xe4ndnis ihrer Natur sind Identifikationen mit Hilfe tiefer optischer und Nahinfrarotaufnahmen essentiell. Aufgrund der geringen Winkelaufl\\xf6sung des IRAM 30-m Millimeterteleskopes (10.7") ist eine eindeutige Identifikation der mm-Quellen, die nur auf Bolometerdaten basiert, unm\\xf6glich. Deshalb ist die mm- und cm-Interferometrie ein Schl\\xfcsselelement in der Nachbeobachtung dieser staubhaltigen, hochrotverschobenen Quellen. Unsere Identifikationsstrategie basiert auf der Kombination von radio- (VLA) und millimeter- (PdBI) interferometrischen Beobachtungen, um die genauen Positionen der mm-Quellen zu bestimmen, und optischen/Nahinfrarotaufnahmen zur eigentlichen Identifikation. Ziel dieser Arbeit ist die Identifizierung und Charakterisierung der Quellen der mm-Strahlung, fokussierend auf das auf der s\\xfcdlichen Himmelskugel gelegene NTT Deep Field und seine Umgebung. Im Winter 2000/2001 wurden mit dem mm-Interferometer PdBI Beobachtungen durchgef\\xfchrt, um exakte Fl\\xfcsse und Positionen von einigen der hellsten MAMBO-Quellen bestimmen zu k\\xf6nnen. Vier wurden erfolgreich auf einem 5sigma-Niveau mit dem PdBI detektiert. F\\xfcr alle PdBI-Detektionen konnten auch schwache Radiogegenst\\xfccke detektiert werden. Interessanterweise offenbarten die Positionen, die durch die interferometrischen Beobachtungen exakt bestimmt werden konnten, dass keine dieser MAMBO-Quellen ein Gegenst\\xfcck im Nahinfraroten bis zu sehr schwachen Magnituden besitzt (K~22.0 mag). Diese tiefen K-Band Grenzen der helleren 1.2 mm MAMBO-Quellen setzen strikte Beschr\\xe4nkungen hinsichtlich der Natur und Rotverschiebung dieser Objekte: Falls die spektrale Energieverteilung der mm-Quellen denen der ultraleuchtkr\\xe4ftigen Infrarotgalaxien (ULIRGs) \\xe4hnelt, dann m\\xfcssten sie bei Rotverschiebungen gr\\xf6\\xdfer als 4 liegen, was einem Zeitpunkt von etwa 1.5 Mrd Jahren nach dem Urknall entspricht. Andernfalls k\\xf6nnten sie bei niedrigeren Rotverschiebungen sein, m\\xfcssten jedoch UV-optische Farben besitzen, die r\\xf6ter sind als selbst die der extremsten ULIRGs, wie zum Beispiel Arp 220. Unsere Analyse basierend auf nahinfrarot/radio/(sub)mm Daten zeigt, dass es einen Trend zwischen den Flussverh\\xe4ltnissen nahinfrarot-zu-submm und radio-zu-submm gibt. Dieses Ergebnis deutet daraufhin, dass die geringe Helligkeit im K-band von unseren PdBI-Detektionen in erster Linie auf die hohe Rotverschiebung dieser Objekte zur\\xfcckzuf\\xfchren ist. Durch eine Korrelation zwischen Radioquellen, die sich nahe der nominalen mm-Position befinden und unseren tiefen optischen/Nahinfrarotaufnahmen konnte die Anzahl von sicher identifizierten MAMBO mm-Quellen auf 18 signifikant erh\\xf6ht werden. F\\xfcr 13 1.2 mm-Quellen wurden optische/ NIR Gegenst\\xfccke gefunden, deren K-band Magnituden zwischen 19 und 22.5 liegen. F\\xfcnf MAMBO-Quellen sind "Blank Fields" und sind schw\\xe4cher als K > 22 mag. Basierend auf dem radio/mm Spektralindex, wurde der Median der Rotverschiebung der radio-identifizierten mm-Quellen berechnet: z~2.6. Der Median der optischen/NIR photometrischen Rotverschiebung f\\xfcr mm-Quellen mit einem Gegenst\\xfcck ist ~2.1. Dies weist daraufhin, dass die radio-identifizierten mm-Quellen ohne einem optischen/NIR Gegenst\\xfcck dazu tendieren, bei h\\xf6heren Rotverschiebungen als die mit optischen/NIR Gegenst\\xfccken zu liegen. Ein Vergleich mit publizierten Identifikationen von Objekten aus 850 micrometer-Durchmusterungen (SCUBA) von vergleichbarer Tiefe zeigt, dass die K- und I-Magnituden unserer Gegenst\\xfccke etwa 2 mag schw\\xe4cher sind und die Dispersion der I-K Farbe geringer ist. Tats\\xe4chliche Unterschiede im Median der Rotverschiebungen, verbleibende falsche Identifikationen mit hellen Quellen, kosmische Variationen und statistisch kleine Proben tragen h\\xf6chstwahrscheinlich zu dem signifikanten Unterschied bei, welcher auch die Strategie zur Messung von Rotverschiebungen beeinflusst. In dieser Arbeit werden die Eigenschaften von NIR/(sub)mm/radio spektraler Energieverteilungen unserer Galaxien und von interferometrisch identifizierten submm- Quellen aus der Literatur diskutiert. Basierend auf einem Vergleich mit submm-Quellen mit durch CO-Messungen best\\xe4tigten spektroskopischen Rotverschiebungen argumentieren wir, dass etwa zwei Drittel der (sub)mm Galaxien bei einer Rotverschiebung h\\xf6her als 2.5 liegen. Wahrscheinlich ist dieser Anteil h\\xf6her, wenn Quellen ohne radio-Detektion hinzugenommen werden.'