[論文レビュー] A vestige low metallicity gas shell surrounding the radio galaxy 0943-242 at z=2.92

L. Binette, J. Kurk+2 more|arXiv (Cornell University)|Feb 9, 2000

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 1被引用数 4

ひとこと要約

本稿では、赤方偏移 z=2.92 の電波銀河 0943–242 の周囲に存在する高イオン化で低金属量のガス殻が、発光線領域とは一致しない、初期銀河形成の残滓的外層ハロー状態であると提案する。このガスは Z ≈ 0.01 Z☉ であり、低密度のため、銀河間のイオン化放射が持続的にイオン化を保つことができ、高圧・高金属量の条件を必要とせず、強度の C iv 吸収と Lyα 発光の共存を説明できる。このことは、ガスが初期銀河形成の痕跡であり、AGN段階以前に形成されたことを支持する。

ABSTRACT

Observations are presented showing the doublet CIV 1550 absorption lines superimposed on the CIV emission in the radio galaxy 0943-242. Within the errors, the redshift of the absorption system that has a column density of N_CIV = 10^{14.5 +- 0.1} cm-2 coincides with that of the deep Ly-alpha absorption trough observed by Rottgering et al. (1995). The gas seen in absorption has a resolved spatial extent of at least 13 kpc (the size of the extended emission line region). We first model the absorption and emission gas as co-spatial components with the same metallicity and degree of excitation. Using the information provided by the emission and absorption line ratios of CIV and Ly-alpha, we find that the observed quantities are incompatible with photoionization or collisional ionization of cloudlets with uniform properties. We therefore reject the possibility that the absorption and emission phases are co-spatial and favour the explanation that the absorption gas has low metallicity and is located further away from the host galaxy (than the emission line gas). The estimated low metallicity for the absorption gas in 0943-242 (Z \~ 1% solar) and its proposed location -outer halo outside the radio cocoon- suggest that its existence preceeds the observed AGN phase and is a vestige of the initial starburst at the onset of formation of the parent galaxy.

研究の動機と目的

• 0943–242 における高イオン化 C iv 吸収と、発光線ガスの期待される高金属量・高圧力条件との物理的不整合を解消すること。
• 発光線ガスと吸収ガスのイオン化状態の違いを踏まえ、両者が空間的に重なっているか、あるいは分離しているかを特定すること。
• 外層ハロー領域のガスの金属量とイオン化状態を評価し、特に AGN 活動の始動時期と関連して検討すること。
• 観測された C iv と Lyα の線幅比を再現できる光電離モデルと衝突電離モデルの妥当性を検証すること。
• 質量の大きな銀河形成における初期星爆発段階の痕跡として、吸収ガスが果たす進化的意義を検討すること。

提案手法

• 0943–242 の C iv λλ1548,1551 電離線を高分解能分光法で取得し、深いつながりの Lyα 吸収谷と赤方偏移の一致を確認した。
• ボイントプロファイルフィッティングを用いて C iv 吸収の吸収断面密度を導出：N_CIV = 10^{14.5±0.1} cm⁻²。
• 一ゾーン光電離モデルを構築し、発光線と吸収ガスが同一空間に存在する均一な性質を持つ場合に観測された線幅比を再現できるかを検証した。
• 密度とイオン化度の径方向変化を考慮するため、段階的な光電離平板モデルを改良した。
• 吸収ガスのカバー率と体積充填率を評価し、f_V ≈ 1 の低密度単一殻モデルが高カバー率を達成できることを示した。
• 光電離と衝突電離の両モデルにおけるイオン化バランスを比較し、共存モデルでは両者を排除した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 光電離または衝突電離の下で、共存する一様にイオン化されたガスモデルが観測された C iv と Lyα の線幅比を再現できるか。
• RQ2 吸収ガスの推定金属量は何か？ また、0943–242 の発光線ガスと比べてどう異なるか。
• RQ3 低密度であるにもかかわらず、なぜ吸収ガスは高イオン化状態に保たれているのか？ 何がそのイオン化を維持しているか。
• RQ4 吸収ガスの空間的分布は、密度が低く一様な殻である外層ハローに一致しているか、それとも高密度の塊状媒体に一致するか。
• RQ5 吸収ガスの低金属量特性は、AGN段階以前に形成され、初期星爆発段階に由来するものである可能性を示唆するか。

主な発見

• 0943–242 における C iv 吸収は z ≈ 2.92 に赤方偏移しており、深いつながりの Lyα 吸収谷と正確に一致し、吸収ガスの共通赤方偏移を確認した。
• 観測された C iv/Lyα 線幅比は、発光線と吸収ガスが共存する一ゾーン光電離または衝突電離モデルでは再現できない。
• 吸収ガスは、低金属量 (Z ≈ 0.01 Z☉) で低密度 (∼10⁻².⁵ cm⁻³) の殻として、電波コイルの外側の外層ハローに位置するものと最も適切に説明できる。
• 低密度の外層ハローは、銀河間のイオン化背景放射によって十分にイオン化されており、AGN が直接イオン化する必要がない。
• カバー率が 1 に達するには、単一または少数の低密度殻で十分であり、共存モデルで必要とされる約 10¹⁰ 個の高密度凝縮体を避けることができる。
• 低金属量かつ外層ハロー由来のガスは、現在の AGN 段階以前に形成されたものであり、母銀河形成における初期星爆発段階の痕跡的残滓であると示唆される。