[論文レビュー] 3D Lya radiation transfer. II. Fitting the Lyman break galaxy MS 1512-cB58 and implications for Lya emission in high-z starbursts

D. Schaerer, Anne Verhamme|ArXiv.org|Jan 8, 2008

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 43被引用数 47

ひとこと要約

本研究では、3次元Ly𝛼放射輸送モデルを用いて、高赤方偏移の星形成爆発銀河MS 1512–cB58の弱く吸収支配のLy𝛼線幅が、強力な固有Ly𝛼放射（EW ≥ 60 Å）が不連続で流れ出る星間媒体内のダストおよび放射輸送効果によって抑制されていることを示した。観測された線幅は、後退速度シフトを伴うシェル幾何構造によって再現可能であり、これはほとんどのリーマンブレイク銀河が固有で強いLy𝛼放射を持つことを示唆する。N_Hおよびダスト含量が、観測されたLy𝛼多様性の主な駆動要因である。

ABSTRACT

Using our 3D Lya radiation transfer code, we compute the radiation transfer of Lya and UV continuum photons including dust. Observational constraints on the neutral gas (column density, kinematics, etc.) are taken from other analysis of this object. RESULTS: The observed Lya profile of MS 1512--cB58 is reproduced for the first time taking radiation transfer and all observational constraints into account. The observed absorption profile is found to result naturally from the observed amount of dust and the relatively high HI column density. Radiation transfer effects and suppresion by dust transform a strong intrinsic Lya emission with EW(Lya)>~ 60 Ang into the observed faint superposed Lya emission peak. We propose that the vast majority of LBGs have intrinsically EW(Lya)~60-80 Ang or larger, and that the main physical parameter responsible for the observed variety of Lya strengths and profiles in LBGs is N_H and the accompanying variation of the dust content. Observed EW(Lya) distributions, Lya luminosity functions, and related quantities must therefore be corrected for radiation transfer and dust effects. The implications from our scenario on the duty-cycle of Lya emitters are also discussed.

研究の動機と目的

• 代表的なリーマンブレイク銀河MS 1512–cB58におけるLy𝛼線幅および強度の起源を理解すること。
• UVスペクトルフィットから予想される強力な固有放射と、観測された弱いLy𝛼放射との矛盾を解消すること。
• 高赤方偏移星形成爆発銀河におけるLy𝛼強度および線幅の顕著な観測多様性を引き起こす主な物理的パラメータを特定すること。
• 放射輸送およびダスト効果が、LBGの中で明るいLy𝛼発光銀河が観測されない理由を説明できるかどうかを検証すること。

提案手法

• 観測された赤方偏移、膨張速度（V_exp ≈ 250 km s⁻¹）、ドーピラー幅（b）、HI吸収量（N_H）、減光（E(B-V)）といった多波長データからの制約を用いて、ほこりを含み、運動的に複雑な星間媒体内を通過する光子の伝搬をモデル化するため、3次元Ly𝛼放射輸送コード（Verhamme et al. 2006）を適用した。
• 観測された線幅を再現するために、球対称に拡張するシェル、前方に位置する平板、および後退速度シフトを伴うシェルの3つの幾何構造を検討した。
• 固有Ly𝛼線幅は、H𝛼のFWHMから導出され、固有等価幅（EW）および後方シェル速度（V_back）は自由パラメータとして変動させた。
• 高分解能UVスペクトルおよび多波長データ（光度関数、星間物質、発光線の赤方偏移を含む）を用いてモデルを制約した。
• 観測されたLy𝛼線幅および強度を再現するために、ダスト吸収および散乱を含む放射輸送計算を実施した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 MS 1512–cB58は、UV放射が強く、なぜか弱く吸収支配のLy𝛼吸収線を示し、わずかに明るい上乗せ発光ピークを示すのか？
• RQ2 星間媒体内、特にN_Hおよびダスト含量が、この銀河および他のLBGにおける観測されたLy𝛼線幅および強度をどのように説明できるか？
• RQ3 放射輸送およびダスト効果のみで、高赤方偏移星形成爆発銀河におけるLy𝛼等価幅および線幅の観測多様性を説明できるか？
• RQ4 cB58におけるLy𝛼放射の弱さは、固有的性質に起因するのか、観測バイアスに起因するのか、またそれは星形成歴とどのように関係するのか？

主な発見

• 本研究では、3次元放射輸送を用いて、初めてMS 1512–cB58の観測されたLy𝛼線幅を再現した。後退速度シフトを伴うシェル幾何構造が最良のフィットを示した。
• cB58の固有Ly𝛼放射は、少なくとも60 Åの等価幅を示しており、これは強力な放射がダストおよび放射輸送効果によって抑制されていることを示している。
• 高いHI吸収量（N_H）とダスト減光（E(B-V)）の組み合わせが、観測された吸収支配の線幅および弱い発光ピークを自然に生じさせる。
• モデルは、短時間の活動サイクルや極端な星形成歴を仮定しなくても、観測されたLy𝛼特性を説明できることが示された。
• 本研究では、大多数のLBGが固有で強いLy𝛼放射（EW ≈ 60–80 Å以上）を持つと示唆され、観測された多様性は主にN_Hおよびダスト含量によって駆動されている。
• 観測されたLy𝛼放射関数およびEW分布は、放射輸送およびダスト効果を補正しなければならない。そうでなければ、高赤方偏移銀河研究において系統的なバイアスが生じる。