Identification of Sources in MAMBO 1.2mm Deep Fields

Seit Winter 1998/1999 führen Gruppen am Max-Planck-Institut für
Radioastronomie (MPIfR), Max-Planck-Institut für extraterrestrische
Physik (MPE) und dem National Radio Astronomy Observatory (NRAO)
bei 1.2 mm eine tiefe, große 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 höchstwahrscheinlich 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
Verständnis ihrer Natur sind Identifikationen mit Hilfe tiefer
optischer und Nahinfrarotaufnahmen essentiell. Aufgrund der
geringen Winkelauflösung des IRAM 30-m Millimeterteleskopes (10.7")
ist eine eindeutige Identifikation der mm-Quellen, die nur auf
Bolometerdaten basiert, unmöglich. Deshalb ist die mm- und
cm-Interferometrie ein Schlüsselelement 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
südlichen Himmelskugel gelegene NTT Deep Field und seine Umgebung.
Im Winter 2000/2001 wurden mit dem mm-Interferometer PdBI
Beobachtungen durchgeführt, um exakte Flüsse und Positionen von
einigen der hellsten MAMBO-Quellen bestimmen zu können. Vier wurden
erfolgreich auf einem 5sigma-Niveau mit dem PdBI detektiert. Für
alle PdBI-Detektionen konnten auch schwache Radiogegenstücke
detektiert werden. Interessanterweise offenbarten die Positionen,
die durch die interferometrischen Beobachtungen exakt bestimmt
werden konnten, dass keine dieser MAMBO-Quellen ein Gegenstück 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 Beschränkungen hinsichtlich der Natur und
Rotverschiebung dieser Objekte: Falls die spektrale
Energieverteilung der mm-Quellen denen der ultraleuchtkräftigen
Infrarotgalaxien (ULIRGs) ähnelt, dann müssten sie bei
Rotverschiebungen größer als 4 liegen, was einem Zeitpunkt von etwa
1.5 Mrd Jahren nach dem Urknall entspricht. Andernfalls könnten sie
bei niedrigeren Rotverschiebungen sein, müssten jedoch UV-optische
Farben besitzen, die röter 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 Flussverhältnissen 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 zurückzuführen 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 erhöht werden.
Für 13 1.2 mm-Quellen wurden optische/ NIR Gegenstücke gefunden,
deren K-band Magnituden zwischen 19 und 22.5 liegen. Fünf
MAMBO-Quellen sind "Blank Fields" und sind schwächer 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
für mm-Quellen mit einem Gegenstück ist ~2.1. Dies weist daraufhin,
dass die radio-identifizierten mm-Quellen ohne einem optischen/NIR
Gegenstück dazu tendieren, bei höheren Rotverschiebungen als die
mit optischen/NIR Gegenstücken 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 Gegenstücke etwa 2 mag
schwächer sind und die Dispersion der I-K Farbe geringer ist.
Tatsächliche Unterschiede im Median der Rotverschiebungen,
verbleibende falsche Identifikationen mit hellen Quellen, kosmische
Variationen und statistisch kleine Proben tragen
höchstwahrscheinlich 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 bestätigten spektroskopischen Rotverschiebungen
argumentieren wir, dass etwa zwei Drittel der (sub)mm Galaxien bei
einer Rotverschiebung höher als 2.5 liegen. Wahrscheinlich ist
dieser Anteil höher, wenn Quellen ohne radio-Detektion
hinzugenommen werden.