[論文レビュー] Bright Lyman-alpha Emitters at z~9: constraints on the luminosity function from HiZELS

David Sobral, P. N. Best+8 more|arXiv (Cornell University)|Jun 30, 2009

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 31被引用数 22

ひとこと要約

本研究では、UKIRT/WFCAMを用いた幅帯域画像法を用いて、z~9における明るいライマンアルファ発光体の最大面積調査を実施した。7.6×10⁴³ erg s⁻¹を超えるライマンアルファ発光体は検出されなかったが、この調査により、z~6を越えて顕著な進化がなく、特に重要な赤方偏移窓におけるT矮星の混入リスクが明確にされた、発光関数に対する厳密な上限が得られた。

ABSTRACT

New results are presented, as part of the Hi-z Emission Line Survey (HiZELS), from the largest area survey to date (1.4 sq.deg) for Lyman-alpha emitters (LAEs) at z~9. The survey, which is primarily targeting H-alpha emitters at z<3, uses the Wide Field CAMera on the United Kingdom Infrared Telescope and a custom narrow-band filter in the J band and reaches a Lyman-alpha luminosity limit of ~10^43.8 erg/s over a co-moving volume of 1.12x10^6 Mpc^3 at z=8.96+-0.06. Only 2 candidates were found out of 1517 line emitters and those were rejected as LAEs after follow-up observations. The limit on the space density of bright LAEs is improved by 3 orders of magnitude, consistent with suppression of the bright end of the Lyman-alpha luminosity function beyond z~6. Combined with upper limits from smaller but deeper surveys, this rules out some of the most extreme models for high-redshift LAEs. The potential contamination of future narrow-band Lyman-alpha surveys at z>7 by Galactic brown dwarf stars is also examined, leading to the conclusion that such contamination may well be significant for searches at 7.7

研究の動機と目的

• 本研究では、これまでで最大面積の調査を用いて、z~9における明るいライマンアルファ発光体の発光関数を制約することを目的とする。
• ライマンアルファ発光体の空間密度を測定することで、高赤方偏移銀河進化および再イオン化モデルを検証することを目的とする。
• 今後の幅帯域ライマンアルファ調査における、銀河系T矮星の混入可能性を評価することを目的とする。
• 再イオン化時代における中性からイオン化への宇宙間媒体の遷移をよりよく理解することを目的とする。
• 特に分子特徴が強い大気窓を含む、高赤方偏移調査における幅帯域選別技術の信頼性を評価することを目的とする。

提案手法

• UKIRTのWFCAMを用いて、1.4 deg²の領域でJバンド（λ=1.211±0.015 μm）における深さのある幅帯域画像法を実施した。
• 幅帯域とブロードバンドフィルターのflux超過を用いて候補者を抽出し、その後ライマンブレイク選別を適用して高赤方偏移発光体を分離した。
• CGS4を用いた追加スペクトロスコピーにより、候補者であるライマンアルファ発光体の確認または否定を実施した。
• T矮星の近赤外スペクトルを分析し、幅帯域色色図におけるライマンアルファ発光体の模倣可能性を評価した。
• より深く小面積の調査からの上限を組み合わせることで、高赤方偏移ライマンアルファ発光関数を制約した。
• SEDフィッティングと光度色分析を用いて、幅帯域欠損サンプルに含まれるT矮星の混入可能性を特定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 z~9における明るいライマンアルファ発光体の空間密度は何か？ 低赤方偏移と比較するとどうなるか？
• RQ2 z~6を越えてライマンアルファ発光関数がどの程度進化するか？ これは再イオン化モデルにどのような含意を持つのか？
• RQ3 T矮星は幅帯域調査でライマンアルファ発光体を模倣できるか？ どの赤方偏移範囲でこの混入が最も深刻になるか？
• RQ4 本調査の広域面積データは、より深く小面積の調査と比較して、高赤方偏移発光関数の制約にどの程度寄与するか？
• RQ5 将来の幅帯域ライマンアルファ調査において、冷却星の対象が混入しやすい赤方偏移窓はどこか？

主な発見

• 1.4 deg²の調査において、7.6×10⁴³ erg s⁻¹を超えるライマンアルファ発光体は検出されず、z~9における明るい発光体の空間密度に対する厳密な上限が得られた。
• 前回の制約と比較して、ライマンアルファ発光体の空間密度上限が3桁改善され、z~6を越えて発光関数の明るい端が強く抑制されていることが示された。
• この結果は、z~6を越えて発光関数に顕著な正の進化を示すモデルとは整合せず、一部の極端な理論的モデルを除外した。
• T矮星は、強力なメタンおよびアンモニア吸収特徴により、赤方偏移7.7<z<8.0、9.1<z<9.5、11.7<z<12.2の範囲で、幅帯域調査においてライマンアルファ発光体を模倣する可能性がある。
• 赤方偏移8.0<z<9.1の範囲（HiZELSのz=8.96およびUltraVISTAのz=8.8を含む）の調査はT矮星の混入がなく、むしろ幅帯域欠損基準によりT矮星を検出できる可能性がある。
• 調査ではT矮星候補は検出されなかった。幅帯域欠損源のうち、z(AB)−J>3の色を示すものはなく、すべての候補はz_photo~1.4–1.5の低赤方偏移銀河として最もよくフィットした。