[論文レビュー] A quasar hiding behind two dusty absorbers. Quantifying the selection bias of metal-rich, damped Lyman-alpha absorption systems

K. E. Heintz, J. P. U. Fynbo+7 more|arXiv (Cornell University)|Mar 26, 2018

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 154被引用数 11

ひとこと要約

本研究は、z=2.520のクェーサーが、z=2.428のほこりを含むDLAとz=1.603のMg ii吸収体によって遮蔽されていることを特定した。これは、金属豊富でほこりを含むダムプド・ライマン・アルファ系統（DLA）が、SDSSのような光学的サーベイでほこりの減光により系統的に欠落していることを示している。著者らは選択バイアスを定量的に評価し、最大で10％のほこりを含むDLAが見逃されている可能性があると示し、宇宙の金属量とガス質量予算の低減を招く影響を示している。

ABSTRACT

The cosmic chemical enrichment as measured from damped Ly$α$ absorbers (DLAs) will be underestimated if dusty and metal-rich absorbers have evaded identification. Here we report the discovery and present the spectroscopic observations of a quasar, KV-RQ\,1500-0031, at $z=2.520$ reddened by a likely dusty DLA at $z=2.428$ and a strong MgII absorber at $z=1.603$. This quasar was identified as part of the KiDS-VIKING Red Quasar (KV-RQ) survey, specifically aimed at targeting dusty absorbers which may cause the background quasars to escape the optical selection of e.g. the SDSS quasar survey. For the DLA we find an HI column density of $\log N$(HI) = $21.2\pm 0.1$ and a metallicity of [X/H] = $-0.90\pm 0.20$ derived from an empirical relation based on the equivalent width of SiII$λ$1526. We observe a total visual extinction of $A_V=0.16$ mag induced by both absorbers. We compile a sample of 17 additional dusty ($A_V > 0.1$ mag) DLAs toward quasars (QSO-DLAs) from the literature for which we characterize the properties of HI column density, metallicity and dust. From this sample we also estimate a correction factor to the overall DLA metallicity budget. We demonstrate that the dusty QSO-DLAs have high metal column densities ($\log N$(HI) + [X/H]) and are more similar to gamma-ray burst (GRB)-selected DLAs (GRB-DLAs) than regular QSO-DLAs. We evaluate the effect of dust reddening in DLAs as well as illustrate how the induced color excess of the underlying quasars can be significant (up to $\sim 1$ mag in various optical bands), even for low to moderate extinction values ($A_V \lesssim 0.6$ mag). Finally we discuss the direct and indirect implications of a significant dust bias in both QSO- and GRB-DLA samples. [Abridged]

研究の動機と目的

• 2つのほこりを含む吸収体に遮蔽されたクェーサーの特定と特徴の解明を行い、光学的クェーサーサーベイの完全性に挑戦すること。
• 金属豊富でほこりを含むダムプド・ライマン・アルファ吸収体（DLA）が、SDSSのような光学的サンプルにどの程度欠落しているかを定量化すること。
• 特にクェーサー選択関数と色基準の文脈において、ほこりによる赤みの影響がクェーサー検出に及ぼす影響を評価すること。
• ほこりを含むQSO-DLAの寄与割合を推定することで、DLAの金属量予算を補正すること。
• ほこりを含むQSO-DLAとGRB-DLAを比較し、クェーサーおよびGRB選択D LAサンプルにおける残存バイアスを評価すること。

提案手法

• キーズ・ダークスカイ・サーベイ（KiDS）およびヴィンジング（VIKING）の光度測定データを用いた標的サーベイ（KV-RQ）を実施し、中間的吸収体に遮蔽される可能性の高い赤みがかったほこりを含むクェーサーを同定した。
• グラン・テレスコピオ・カナリアス（GTC）を用いた後続分光測定により、吸収体および背景クェーサーの赤方偏移と物理的性質を確認した。
• Si ii λ1526の等価幅と経験的補正を用いて、DLAのH i吸収断面密度（log N(H i) = 21.2 ± 0.1）と金属量（[X/H] = -0.90 ± 0.20）を測定した。
• 両方の吸収体によって引き起こされる全可視光減光（A_V = 0.16 mag）を計算し、光学バンドでは最大で約1 magの色超過を推定した。
• 文献から17個の追加のほこりを含むQSO-DLA（A_V > 0.1 mag）のサンプルを収集し、H i吸収断面密度、金属量、およびほこりの性質における統計的傾向を評価した。
• 組み合わせたサンプルを用いて、ほこりを含み金属が豊富な系の欠落を補正するための補正係数を推定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 金属豊富でほこりを含むダムプド・ライマン・アルファ吸収体（DLA）が、SDSSのような光学的クェーサーサーベイでどの程度ほこりの減光により見逃されているのか。
• RQ2 クェーサーへの線路上でほこりによって引き起こされる色超過はどの程度で、それが光学的選択基準にどのように影響するのか。
• RQ3 ほこりを含み金属が豊富なDLAの欠落を補正するための補正係数は何か。
• RQ4 ほこりを含むQSO-DLAは、H i吸収断面密度および金属量の観点でGRB-DLAとどの程度類似しているか。
• RQ5 ほこりバイアスがDLA宿主の銀河対応体の検出およびDLA宿主の等価全光度関数に及ぼす影響は何か。

主な発見

• z=2.520のクェーサーが、z=2.428のほこりを含むDLAとz=1.603のMg ii吸収体の背後に発見され、このような系が光学的検出を避けられることを確認した。
• DLAのlog N(H i) = 21.2 ± 0.1および[X/H] = -0.90 ± 0.20であり、金属が豊富で高吸収断面密度の系であることが示された。
• 両方の吸収体による全可視光減光はA_V = 0.16 magであり、光学バンドでは最大で約1 magの色超過が生じた。
• SDSSに類似した選択基準では、ほこりによる赤みの影響で最大で約10％のクェーサーが見逃されている可能性があり、複数の吸収体バイアスの影響によりこの数値はおそらく低めに見積もられている。
• ほこりを含むQSO-DLAは高い金属吸収断面密度（log N(H i) + [X/H]）を示し、通常のQSO-DLAよりもGRB-DLAに類似している。
• 本研究は、QSOおよびGRB選択D LAサンプルの両方がほこりバイアスを受けており、宇宙の化学的豊度およびガス質量密度の推定に影響を与えていると示唆している。