[論文レビュー] C IV absorption in damped and sub-damped Lyman-alpha systems: correlations with metallicity and implications for galactic winds at z~2-3

Andrew J. Fox, C. Ledoux+2 more|ArXiv.org|Jul 27, 2007

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 125被引用数 52

ひとこと要約

本研究では、赤方偏移 z~2–3 の 74 個のダムプドおよびサブダムプド・ライマン・アルファ・システムにおける C IV 吸収を、高分解能 VLT/UVES スペクトルを用いて分析し、金属量と C IV の運動学的性質の間で強い相関が見られた。約 40% のシステムで、非束縛で高速の C IV 流出が特定され、それらの運動エネルギーの供給に約 2 M⊙ yr⁻¹ の星形成率が必要であると判明した。これは、高赤方偏移銀河における超新星駆動の銀河風が直接的に裏付けられる証拠である。

ABSTRACT

We present a study of C IV absorption in a sample of 63 damped Lyman-alpha (DLA) systems and 11 sub-DLAs in the redshift range 1.75

研究の動機と目的

• z~2–3 のダムプドおよびサブダムプド・ライマン・アルファ・システムにおける高電離ガス（C IV）の起源を調査すること。
• C IV 吸収が高赤方偏移銀河における超新星フィードバックによって駆動される銀河風を示しているかどうかを特定すること。
• 中性ガスの蓄えにおける金属量、C IV の運動学的性質、および電離ガスの流出との関連を定量化すること。
• 電離ガスのハローが高赤方偏移における宇宙的金属予算を埋める役割を果たしているかどうかを評価すること。
• DLA とライマンブレイク銀河における C IV 特性を比較し、流出仮説を検証すること。

提案手法

• 74 個のクェーサー視線における高分解能（6.6 km s⁻¹ FWHM）かつ高信号対雑音比の VLT/UVES スペクトルを用い、ダムプドおよびサブダムプド・ライマン・アルファ・システムにおける C IV 吸収を分析した。
• C IV の吸収量、線幅（Δv）、速度オフセット（|v̄|）、および中性ガス（H I）プロファイルに対する最大速度（v_max）を測定した。
• 中性ガスプロファイルの全線幅から脱出速度（v_esc）を計算し、非束縛の C IV コンポーネントを特定した。
• さまざまな金属線（例：Zn II, Si II）を用いて中性相における金属量を測定し、C IV の運動学的性質と相関をとった。
• 近接 DLA や飽和吸収体を除外し、金属量指標を変えて相関の妥当性を評価した。
• 特徴的な半径 40 kpc を仮定して、非束縛 C IV 流出の質量流量および運動エネルギー注入率を推定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ダムプドおよびサブダムプド・ライマン・アルファ・システムにおいて、金属量と C IV の運動学的性質（吸収量、線幅、最大速度）との間に相関があるか？
• RQ2 DLA および sub-DLA における高速 C IV コンポーネントが、母銀河の脱出速度を超えており、非束縛の流出を示しているか？
• RQ3 観測された C IV 流出は星形成によって駆動されており、それを維持するのに必要な星形成率はどの程度か？
• RQ4 DLA における電離ガスの性質は、ライマンブレイク銀河で観測されたものと整合しており、共通の起源として超新星駆動のフィードバックを支持するか？
• RQ5 DLA と sub-DLA 間で C IV 吸収の性質に差異があるか？ その差は、イオン化状態および風のダイナミクスに何を示唆するか？

主な発見

• 25 個の DLA および 4 個の sub-DLA（サンプル全体の 40%）で、中性ガスプロファイルから導かれた脱出速度を超える C IV 吸収が観測され、非束縛で流出する物質を示している。
• C IV の最大速度（v_max）は、2.9σ の有意水準で金属量と相関しており、金属量の高いシステムではより速い電離ガスの流出が発生していることを示唆している。
• 非束縛 C IV 吸収体の中央値としての質量流量は約 22 M⊙ yr⁻¹（r = 40 kpc 時）、運動エネルギー注入率は約 4×10⁴¹ erg s⁻¹ であり、それらを駆動するには約 2 M⊙ yr⁻¹ の星形成率が必要である。
• DLA および sub-DLA における C IV 吸収量の分布は、ライマンブレイク銀河で観測されたものとよく一致しており、共通の起源として超新星駆動の流出が支持されている。
• DLA と sub-DLA 間で C IV 特性に顕著な差異は認められず、H I 吸収量の範囲にかかわらず、同様の電離ガスの運動学的性質および風のダイナミクスを示している。
• C IV と中性ガスの平均速度オフセットは 69 km s⁻¹ であり、ネットでの流出または流入を示しており、8 個のシステムで v_max > 500 km s⁻¹ が観測され、エネルギーの高い流出と整合的である。