[論文レビュー] Damped Lyman alpha systems and disk galaxies: number density, column density distribution and gas density

S. Boissier, Céline Péroux+1 more|CERN Bulletin|Aug 26, 2002

Scientific Research and Discoveries参考文献 2被引用数 40

ひとこと要約

この論文は、進化するディスク銀河（低表面輝度型と高表面輝度型を含む）のモデルと、ダムプド・ライマン＝アルファ系（DLA）の観測的性質を比較し、DLA集団への寄与を評価する。現在のディスク銀河は z ≤ 2 におけるDLAを説明できるが、z > 3 では別個の、低列密度型の集団が支配的であり、これは初期のDLA起源銀河が現在のディスクとは異なることを示唆する。

ABSTRACT

We present a comparison between the observed properties of damped Lyman alpha systems (DLAs) and the predictions of simple models for the evolution of present day disk galaxies, including both low and high surface brightness galaxies. We focus in particular on the number density, column density distribution and gas density of DLAs, which have now been measured in relatively large samples of absorbers. From the comparison we estimate the contribution of present day disk galaxies to the population of DLAs, and how it varies with redshift. Based on the differences between the models and the observations, we also speculate on the nature of the fraction of DLAs which apparently do not arise in disk galaxies.

研究の動機と目的

• 現在のディスク銀河（低表面輝度（LSB）型および高表面輝度（HSB）型を含む）が、ダムプド・ライマン＝アルファ系（DLA）の観測的性質をどれだけ説明できるかを評価すること。
• 宇宙の時間経過に伴う、DLAの数密度、列密度分布、および全中性ガス質量密度（Ω_DLA）のモデル予測を、観測データと比較すること。
• 高いガス含有量と大きなサイズを有するLSB銀河が、DLA集団への寄与を果たす役割を調査すること。
• 現在のDLAサンプルにおけるチリの影響によるバイアスが、DLA統計の解釈に与える影響を評価すること。
• 高赤方偏移におけるモデルと観測の不一致が、初期DLA起源銀河の性質に与える含意を検討すること。

提案手法

• 著者らは、ディスク銀河の化学的および分光的進化モデル（Boissier & Prantzos 2000）を用い、LSBおよびHSB銀河を含むH Iガスディスクの形成と進化を模擬する。
• モデルから、単位赤方偏移あたりのDLA数密度（dn/dz）、列密度分布 f(N,z)dNdX、およびDLAが示す全中性ガス質量密度（Ω_DLA）を計算する。
• モデルは、H₀ = 65 km s⁻¹ Mpc⁻¹、Ω_M = 0.3、Ω_Λ = 0.7 の宇宙論的パラメータを用いてキャリブレーションされ、時間経過に伴うガス降着、星形成、金属増加を含む。
• 列密度分布は、観測データにフィットしたΓ関数を用い、f(N,z)dNdX はスタックされたQSOスペクトルと吸収パス長（X(z) = ∫₀^z c/H₀ (1+z)² E(z) dz）から導出される。
• モデル予測は、複数の調査（例：Péroux et al. 2002, Storrie-Lombardi et al. 1996）の観測データと、赤方偏移 z ≈ 0 から z ≈ 4.5 の範囲で比較される。
• DLAを示すQSOフィールドの画像データを用い、モデルの銀河形態、明るさ、インパクトパラメータを観測されたDLA吸収体の主星と比較する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 LSBおよびHSB型を含む現在のディスク銀河の起源銀河が、z ≤ 2 における観測されたDLAの数密度をどれほど再現できるか。
• RQ2 モデル予測の列密度分布と全Ω_DLAが、観測されたDLAの統計的性質とどれほど一致するか。
• RQ3 広大なサイズと高いガス分率を有するLSB銀河が、DLA集団に与える相対的寄与はどの程度か。
• RQ4 チリの減光がDLAサンプルにバイアスを及えることで、高列密度・高金属量系の低代表化が生じるか。
• RQ5 モデルが z > 3 でDLA統計を再現できないのはなぜか。これは高赤方偏移におけるDLA起源銀河の性質に何を示唆するか。

主な発見

• モデルは、z ≤ 2 におけるDLAの数密度と、観測誤差の範囲内でDLAが示す全中性ガス質量の約半分（Ω_DLA）をうまく再現している。
• 低表面輝度（LSB）銀河は、その広大なサイズと高いガス含有量のおかげで、H I吸収断面積が大きくなるため、DLA集団への寄与が顕著であり、高表面輝度（HSB）銀河と同等の貢献を果たしている。
• 観測されたDLA吸収体のインパクトパラメータの分布は、モデルの予測よりも狭く、小距離でより鋭くなっている。これは、DLA主星がモデルよりも高い濃度で集まっていることを示唆している。
• モデルは、z ≈ 4 における深紫外画像調査で観測された非常に明るさが低い（約1/4 L*）DLA生成銀河の存在を予測できない。
• z > 3 では、現在のディスク銀河の性質を外挿しても、観測されたDLAの数密度と列密度分布を説明できない。これは、高赤方偏移では低列密度の、おそらく銀河未満の起源銀河が支配的であることを示唆している。
• DLAサンプルにおけるチリのバイアスは、Ω_DLAにほとんど影響を与えず、CORALS調査の結果とも整合する。これは、現在のDLA統計が減光の影響を受けても信頼できると示している。