[論文レビュー] A Galactic Wind at z = 5.190

Steve Dawson, Hyron Spinrad+5 more|ArXiv.org|Jan 14, 2002

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 58被引用数 62

ひとこと要約

本研究では、z = 5.190における最初の直接的証拠として、淡くコンパクトなリプマンアルファ発光体（ES1）のリプマンアルファ線の高分解能分光法による、銀河風の検出を報告する。非対称な線幅プロファイル—鋭い青端と広がった赤端を示す—は、300 km s⁻¹を超える流出速度を示しており、高赤方偏移銀河における星形成爆発駆動風と整合的である。これは初期銀河進化およびUV背景の起源に関する知見を提供する。

ABSTRACT

We report the serendipitous detection in high-resolution optical spectroscopy of a strong, asymmetric Ly-alpha emission line at z = 5.190. The detection was made in a 2.25 hour exposure with the Echelle Spectrograph and Imager on the Keck II telescope through a spectroscopic slit of dimensions 1" x 20". The progenitor of the emission line, J123649.2+621539 (hereafter ES1), lies in the Hubble Deep Field North West Flanking Field where it appears faint and compact, subtending just 0.3" (FWHM) with I(AB) = 25.4. The ES1 Ly-alpha line flux of 3.0 x 10^(-17) ergs/cm^2/s corresponds to a luminosity of 9.0 x 10^(42) ergs/s, and the line profile shows the sharp blue cut-off and broad red wing commonly observed in star-forming systems and expected for radiative transfer in an expanding envelope. We find that the Ly-alpha profile is consistent with a galaxy-scale outflow with a velocity of v > 300 km/s. This value is consistent with wind speeds observed in powerful local starbursts (typically 10^2 to 10^3 km/s), and compares favorably to simulations of the late-stage evolution of Ly-alpha emission in star-forming systems. We discuss the implications of this high-redshift galactic wind for the early history of the evolution of galaxies and the intergalactic medium, and for the origin of the UV background at z > 3.

研究の動機と目的

• 高分解能分光法を用いて、高赤方偏移銀河における銀河風の存在を調査すること。
• 高赤方偏移銀河ES1（z = 5.190）におけるリプマンアルファ線の運動的性質を特定すること。
• 強力な流出が、電離放射線の脱出および初期銀河および銀河間媒体の進化に与える影響を評価すること。
• 観測された流出動態を伴う高赤方偏移系におけるリプマン連続体光子の脱出率を制約すること。

提案手法

• 2.25時間の露出時間で、ケックII望遠鏡のエシェル分光計とイメージャを用いて高分解能の光学分光法を取得した。
• 分光スリット（1″ × 20″）は、ハッブル深宇宙フィールド北西フラッキング領域内の淡くコンパクトな銀河ES1のリプマンアルファ発光線を捉えた。
• 流出速度および運動学的性質を推定するために、拡張する殻体放射線輸送フレームワークを用いて線幅プロファイルをモデル化した。
• 観測された線幅非対称性—鋭い青端と広がった赤端—は、拡張し、光学的に厚い媒体における放射線輸送の証拠と解釈された。
• 電離光子の脱出率は、900 Åおよび1500 Åにおけるフラックス比を比較し、先行研究からの経験的補正因子を用いて推定した。
• 銀河間媒体（IGM）の透過率を考慮し、信号対雑音比を向上させるために、高赤方偏移銀河の合成スペクトルを用いた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 高赤方偏移銀河ES1（z = 5.190）におけるリプマンアルファ線幅プロファイルは、流出する拡張する媒体と整合的であるか？
• RQ2 線幅プロファイルの非対称性に基づいて、ES1の星間ガスにおける推定流出速度は何か？
• RQ3 z ≈ 5.2におけるES1の銀河風の存在は、電離放射線の脱出およびz > 3におけるUV背景の起源にどのように関係するか？
• RQ4 観測されたリプマンアルファ線幅プロファイルは、星形成爆発駆動風における後期リプマンアルファ発光の理論モデルをどの程度支持するか？

主な発見

• ES1におけるリプマンアルファ発光線は、鋭い青端と広がった赤端を示し、拡張し、光学的に厚い媒体における放射線輸送の特徴的パターンである。
• 線幅プロファイルは、300 km s⁻¹を超える流出速度を持つ銀河風と整合的であり、局所の星形成爆発駆動銀河の観測結果および理論モデルとも一致する。
• リプマンアルファ線の全放射度は 9.0 × 10⁴² erg s⁻¹、フラックスは 3.0 × 10⁻¹⁷ erg cm⁻² s⁻¹ であり、強力な星形成系であることを示している。
• 電離光子の脱出率（f_esc）は、1σレベルで >0.1 ± 0.3 と推定され、IGM透過率の補正が不完全なため下限値である。
• フラックス比 f_ν(1100 Å)/f_ν(900 Å) = 16.7 ± 51.9 であり、経験的補正を施した後、f_ν(1500 Å)/f_ν(900 Å) = 31.4 ± 98.2 に変換され、非ゼロの脱出率を支持する。
• 検出結果は、ビッグバン後11.0億年という初期段階に、強力な流出が高赤方偏移銀河に存在していたことを確認し、フィードバック駆動進化モデルを支持する。