[論文レビュー] Constraining the Size of the Circumgalactic Medium Using the Transverse Autocorrelation Function of C IV Absorbers in Paired Quasar Spectra

Abby Mintz, Marc Rafelski+7 more|arXiv (Cornell University)|Jun 7, 2022

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 70被引用数 6

ひとこと要約

本研究では、赤移風 z ≈ 2–3 の 61 対のクェเซア対について中分解能スペクトルを用い、C IV 吸収体（λλ1548,1550）の横方向自己相関関数を測定し、高赤移周銀河系媒体（CGM）における金属豊富なガスの投影された一様長スケールを制約した。その結果、C IV を豊富に含む CGM の物理的広がりの下限として ≈200 h⁻¹ 共動的 kpc が得られ、フィードバックと金属混合が時間とともに形作った大規模で一様な構造である可能性を示唆した。

ABSTRACT

The circumgalactic medium (CGM) plays a vital role in the formation and evolution of galaxies, acting as a lifeline between galaxies and the surrounding intergalactic medium (IGM). In this study we leverage a unique sample of quasar pairs to investigate the properties of the CGM with absorption line tomography. We present a new sample of medium resolution Keck/ESI, Magellan/MagE, and VLT/XSHOOTER spectra of 29 quasar pairs at redshift $2 < z < 3$. We supplement the sample with additional spectra of 32 pairs from the literature, creating a catalog of 61 quasar pairs with angular separations between 1.7" and 132.9" and projected physical separations ($r_\perp$) between 14 kpc and 887 kpc. We construct a catalog of 906 metal-line absorption doublets of C IV ($\lambda\lambda 1548, 1550$) with equivalent widths ranging from 6 m{\AA} $\leq W_{r, 1550} \leq 2053$ m{\AA}. The best fit linear model to the log-space equivalent width frequency distribution ($\log f(W_r) = m\log(W_{r}) + b$) of the sample yields coefficients of $m=-1.44\pm0.16$ and $b=-0.43\pm0.16$. To constrain the projected extent of C IV, we calculate the transverse autocorrelation function. The flattening of the autocorrelation function at low $r_\perp$ provides a lower limit for the coherence length of the metal enriched CGM - on the order of 200 $h^{-1}$ comoving kpc. This physical size constraint allows us to refine our understanding of the metals in the CGM, where the extent of C IV in the CGM depends on gas flows, feedback, timescale of metal injection and mixing, and the mass of the host galaxies.

研究の動機と目的

• クェーサー対分光法を用いて、高赤移周銀河系媒体（CGM）における金属を豊富に含むガスの空間的広がりを測定すること。
• C IV 吸収体が示す、イオン化され金属を豊富に含む CGM 内のガスのコhereneces スケールを調査すること。
• C IV 吸収系の横方向自己相関関数を分析することで、CGM の物理的サイズを評価すること。
• 線路上下の吸収トモグラフィーを越えて CGM 構造の制約を強化し、銀河フィードバックおよび金属豊富化モデルのより良い検証を可能にすること。
• 29 対の新しいクェーサー対と文献データを統合し、統計的パワーと赤移風カバー範囲を拡大すること。

提案手法

• 2 < z < 3 の 29 対の新しいクェーサー対について、中分解能スペクトル（Keck/ESI、Magellan/MagE、VLT/XSHOOTER）を取得し、32 対の文献データと補完した。
• 等価幅が 6 から 2053 mÅ の間の 906 個の C IV 吸収二重線（λλ1548,1550）のカタログを構築した。
• 信号対ノイズおよび赤移風の一貫性のチェックを伴う二重線探索アルゴリズムを適用し、真の C IV 吸収体を同定した。
• サンプル全体における二重線探索の検出完全性と信頼性を評価するために、モンテカルロ・シミュレーションを実施した。
• ペア化された吸収体のランダム期待値に対する過剰クラスタリングを測定するため、横方向自己相関関数 ξ(r⊥) = (DD/RR) − 1 を計算した。
• C IV 吸収体集団の性質を評価するため、対数空間における等価幅周波数分布 log f(Wr) = m log(Wr) + b をフィットした。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 高赤移 CGM 内の C IV 吸収ガスの特徴的な空間的コhereneces スケールは何か？
• RQ2 クェーサー対における C IV 吸収体のクラスタリングは、銀河周辺の金属を豊富に含むガスの物理的広がりをどのように制約するか？
• RQ3 赤移風 z ≈ 2–3 の範囲で、C IV 吸収体集団に赤移風の進化の兆候があるか？
• RQ4 新しいサンプルと従来の文献データとの間で、C IV 吸収体集団の性質に差異はあるか？
• RQ5 観測された自己相関の特徴は、物理的構造のものであるのか、それともランダムな揺らぎのものであるのか？

主な発見

• C IV 吸収二重線は 6 から 2053 mÅ の等価幅を示し、中央値は 92 mÅ であった。
• 対数空間における等価幅周波数分布は、傾き m = −1.44 ± 0.16、切片 b = −0.43 ± 0.16 の線形モデルに良好にフィットした。
• 横方向自己相関関数は、小さな投影分離距離（r⊥ < 200 h⁻¹ 共動的 kpc）でペア化された吸収体の過剰が顕著に認められ、クラスタリングの兆候を示した。
• 低 r⊥ における自己相関関数の平坦化は、C IV を豊富に含む CGM のコhereneces スケールに対する堅牢な下限として ≈200 h⁻¹ 共動的 kpc を提供した。
• 結果は、C IV 吸収体がフィードバックと金属混合プロセスによって形作られた大規模で一様な構造をトレースしている可能性を示唆した。
• 本研究は、線路上下のトモグラフィーを超えて CGM の 3 次元空間的構造を調べる強力なツールとして、クェーサー対と横方向自己相関関数の有効性を示した。