[論文レビュー] Compact Lyman-alpha Emitting Candidates at z~2.4 in Deep Medium-band HST WFPC2 Images

S. M. Pascarelle, Rogier A. Windhorst+1 more|arXiv (Cornell University)|Sep 14, 1998

Radio Astronomy Observations and Technology被引用数 32

ひとこと要約

本研究では、3つのランダムな高緯度領域における深紫外・可視望遠鏡（Hubble Space Telescope）WFPC2の中バンドフィルタ（F410M）画像を用いて、赤方偏移z≈2.4の18個のコンactなライマン＝アルファ発光候補を同定した。これにより、このような準銀河サイズのクラスターが初期宇宙に広く存在し、現在の銀河の主な構築単位である可能性が裏付けられた。研究結果は、階層的銀河形成モデルを支持しており、z≈2.4における大規模構造の存在を示唆する、分野間の顕著なばらつきが観測された。

ABSTRACT

Medium-band imaging with HST/WFPC2 in the F410M filter has previously revealed a population of compact Lyman-alpha emission objects around the radio galaxy 53W002 at z~2.4. We report detections of similar objects at z~2.4 in random, high-latitude HST parallel observations of three additional fields, lending support to the idea that they constitute a widespread population at these redshifts. The three new fields contain 18 Lyman-alpha candidates, in contrast to the 17 detected in the deeper exposure of the single WFPC2 field around 53W002. We find substantial differences in the number of candidates from field to field, suggesting that significant large-scale structure is already present in the galaxy distribution at this cosmic epoch. The likely existence of z~2.4 sub-galactic clumps in several random fields shows that these objects may have been common in the early universe and strengthens the argument that such objects may be responsible for the formation of a fraction of the luminous present-day galaxies through hierarchical merging.

研究の動機と目的

• コンパクトなライマン＝アルファ発光サブ銀河クラスターが、z≈2.4で広く存在するのか、それとも53W002電波銀河団領域に限定されるのかを検証すること。
• 高赤方偏移において、これらのクラスターが大規模構造に集積しているかどうかを評価し、階層的銀河形成モデルと整合するかを確認すること。
• 浅い中バンドフィルタ画像を用いて、高赤方偏移ライマン＝アルファ発光体の空間密度および発光関数を制約すること。
• HSTのWFPC2中バンドフィルタが高赤方偏移発光線対象を検出する際の限界を評価すること。
• 将来の望遠鏡で改善されたフィルタカバレッジを用いたより深い調査の基盤を提供すること。

提案手法

• HST/WFPC2を用いた深紫外・可視望遠鏡のF410Mフィルタ（z≈2.4におけるライマン＝アルファに中心を置く）を用いた、3つのランダムで高緯度の並列領域における中バンド画像撮影。
• F410M画像内におけるコンパクト、拡張、点状の源の抽出と光度測定を行い、ライマン＝アルファ候補を同定すること。
• 各フィールド間での候補数の比較を通じて、空間的クラスタリングおよび大規模構造の有無を評価すること。
• 53W002領域での先行研究（約70％のスペクトル確認率）を基に、スペクトル確認率の推定を行うこと。
• Hubble Deep Field（HDF）の発光関数と比較し、完全性および一貫性を評価すること。
• 既存の調査に基づき、高赤方偏移銀河におけるライマン＝アルファ発光の欠落（最大約0.3 dex）を補正すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 コンパクトなライマン＝アルファ発光サブ銀河クラスターは、z≈2.4で空の至るところに広く存在するのか、それとも53W002領域のような特定の領域に限定されるのか？
• RQ2 これらの候補の空間的分布は、z≈2.4におけるクラスタリングまたは大規模構造の証拠を示しているのか？
• RQ3 観測された候補の数および発光関数は、Hubble Deep Fieldや他の調査と比較してどのように一致するのか？
• RQ4 遮蔽や共鳴散乱のため、高赤方偏移銀河の多くがライマン＝アルファ発光を欠落させている割合はどの程度か？
• RQ5 HST/WFPC2の中バンドフィルタは、高赤方偏移発光線対象を効率的に検出するうえで、どのような限界を有しているのか？

主な発見

• z≈2.4の3つのランダムなHST並列フィールドで、合計18個のコンパクトなライマン＝アルファ発光候補が検出され、53W002領域に限らず広く存在する集団であることが示された。
• 候補数のフィールド間ばらつき（合計18個、各フィールドで顕著な差異あり）が、z≈2.4における大規模構造またはクラスタリングの存在を示唆している。
• 候補の観測発光関数は、M_F450W_AB ≲ -19.5の範囲でHubble Deep Fieldデータ（SLY97）と整合的であり、ライマン＝アルファ発光の欠落を補正することで、さらに一致が高まった。
• 53W002領域での70％の成功率を仮定すると、18候補のうち約13個がスペクトル的に確認可能と予想される。
• 研究結果は、これらのサブ銀河クラスターが初期宇宙に広く存在し、z≈2–3における明るさの低い銀河数の約50％を占める可能性があるという仮説を支持している。
• 本研究は、HST/WFPC2の狭帯域中バンドフィルタセット（F410MとF467Mのみ）が高赤方偏移発光線調査に効率的でないことを浮き彫りにした。また、Advanced Cameraに適切なフィルタが存在しないことも明らかになった。