[論文レビュー] Deep VLT spectroscopy of the z=2.49 Radio Galaxy MRC 2104-242: Evidence for a metallicity gradient in its extended emission line region

Roderik Overzier, H. J. A. Röttgering+2 more|ArXiv.org|Jan 10, 2001

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena被引用数 16

ひとこと要約

本研究では、z=2.49 の電波銀河 MRC 2104–242 における深さのある VLT 分光測定を報告し、拡張された線幅放出領域に金属量勾配が存在することを明らかにした。光電離モデルを用いた分析により、北部領域の金属量は ≈1.5 Z⊙、南部領域は Z ≤ 0.4 Z⊙ であることが判明し、冷却流れや銀河合体に起因するガスからの金属量の半径方向低下と整合的である。これは、初期の巨大銀河における、恒星形成や合体に伴うガス吸着による化学的増幅とハロー形成の強力な証拠を示している。

ABSTRACT

We present spectroscopic observations of the rest-frame UV line emission around radio galaxy MRC 2104-242 at z=2.49, obtained with FORS1 on VLT Antu. The morphology of the halo is dominated by two spatially resolved regions. Lya is extended by >12 arcsec along the radio axis, CIV and HeII are extended by ~8 arcsec. The overall spectrum is typical for that of high redshift radio galaxies. The most striking spatial variation is that NV is present in the spectrum of the region associated with the center of the galaxy hosting the radio source, the northern region, while absent in the southern region. Assuming that the gas is photoionized by a hidden quasar, the difference in NV emission can be explained by a metallicity gradient within the halo. This is consistent with a scenario in which the gas is associated with a massive cooling flow or originates from the debris of the merging of two or more galaxies.

研究の動機と目的

• 赤方偏移 z=2.49 の高赤方偏移電波銀河 MRC 2104–242 の拡張された線幅放出領域（EELR）におけるイオン化状態と化学的条件を調査すること。
• 特に N V、C IV、He II の空間的変動を分析することで、ハロー領域のガスの起源を特定すること。
• 観測された発光線強度の差異、特に北部に N V が存在するが南部には検出されないという事実が、金属量勾配によって説明可能かどうかを検証すること。
• 高信噪比の深さのある長スリット分光測定を用いて、ハロー領域のガスの物理的状態（イオン化度、金属量、運動学的性質）を制約すること。
• 冷却流れ、銀河合体、ジェット駆動の衝撃波といった、ハロー形成の代替モデルを評価すること。

提案手法

• 深さのある長スリット分光測定を、VLT Antu望遠鏡の FORS1 を用いて実施した。1″幅のスリットとグリズム 600B を使用し、スペクトル分解能は約 6 Å FWHM を達成した。
• 3夜にわたりサービスモードで観測を行い、3×3600s の露光を実施。光度測定条件であり、視準は約 1″ であった。
• データ還元は、標準的な IRAF プロシージャに従った。バイアス補正、フラット補正、宇宙線除去、スカイ背景削除、ヘリウムおよび水銀カドミウムランプを用いた波長校正、LTT7987 を用いたフラックスキャリブレーションを実施した。
• スペクトルは、信号対雑音比を最大化しつつ汚染を最小限に抑えるために、北部領域に 4″、南部領域に 3″ の空間的アパーチャから抽出した。
• 発光線パラメータ（波長、輝度、FWHM、等価幅）は、ガウスプロファイルのフィッティングにより測定され、機器による広がりは除算された。
• イオン化モデルでは、クェーサーからの N V / He II および N V / C IV 線比の系列（Hamann & Ferland 1993; Vernet et al. 2000）を用い、隠れたクェーサーによる光電離を仮定して金属量を推定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 MRC 2104–242 のハロー領域における北部と南部の N V 発光の空間的分解能の違いの原因は何か？
• RQ2 観測された発光線比は、ハロー領域のガスに金属量勾配があることで説明可能か？
• RQ3 冷却流れ、銀河合体、ジェット相互作用といった物理的メカニズムの中で、観測されたハロー構造と金属量の変動を最もよく説明するのはどれか？
• RQ4 発光線の運動学的性質（FWHM、ドップラー速度シフト）は、ガスのイオン化状態と化学的状態とどのように関係しているか？
• RQ5 ハロー領域のガスは原始的か、事前に金属が豊富に含まれているのか？その金属量分布は、ガスの起源に何を示唆しているか？

主な発見

• MRC 2104–242 の北部領域では強い N V 発光が観測されたが、南部領域では N V 発光は検出されず、イオン化度または金属量に顕著な差異があることを示している。
• N V 発光の差異は、金属量勾配によって最もよく説明できる。北部領域の金属量は Z ≈ 1.5 Z⊙、南部領域は Z ≤ 0.4 Z⊙ である。
• Lyα 発光は電波軸に沿って 12″ 以上にわたり拡張しており、C IV と He II は約 8″ にわたり拡張している。これは大規模なイオン化ハローを示している。
• 発光線の FWHM は大きく（約 1000–1500 km s⁻¹）、重力的運動以外の運動を示しており、衝撃波またはジェット駆動のイオン化と整合的である。
• ハローの線比と金属量勾配は、隠れたクェーサーによる光電離と、大規模な冷却流れまたは銀河合体を伴う状況と整合的である。
• C IV、He II、Si IV、O III などの複数の発光線と運動学的サブストラクチャーの存在は、ガスの吸着または合体活動に起因する複雑な起源を支持している。