[論文レビュー] Emission-Line Galaxies from the HST PEARS Grism Survey I: The South Fields

Amber N. Straughn, Nor Pirzkal+15 more|arXiv (Cornell University)|Jul 13, 2009

Astronomy and Astrophysical Research被引用数 22

ひとこと要約

本研究では、ハッブル宇宙望遠鏡のPEARS南フィールドを対象として、低分解能グリズム分光法を用いて発光線銀河（ELGs）の包括的分析を実施した。2次元スペクトル抽出法を応用して個々の星形成キノンを検出することで、著者らは118個の新しい分光的赤方偏移を同定し、線輝度と星形成率（SFR）を測定した。その結果、ELG内の巨大HII領域は、その銀河の半光半径付近に偏って配置されており、これは局所銀河と一致する傾向を示しており、z ~ 0.5までの範囲で普遍的な半径分布パターンが存在することを示唆している。

ABSTRACT

We present results of a search for emission-line galaxies in the Southern Fields of the Hubble Space Telescope PEARS (Probing Evolution And Reionization Spectroscopically) grism survey. The PEARS South Fields consist of five ACS pointings (including the Hubble Ultra Deep Field) with the G800L grism for a total of 120 orbits, revealing thousands of faint object spectra in the GOODS-South region of the sky. Emission-line galaxies (ELGs) are one subset of objects that are prevalent among the grism spectra. Using a 2-dimensional detection and extraction procedure, we find 320 emission lines orginating from 226 galaxy "knots'' within 192 individual galaxies. Line identification results in 118 new grism-spectroscopic redshifts for galaxies in the GOODS-South Field. We measure emission line fluxes using standard Gaussian fitting techniques. At the resolution of the grism data, the H-beta and [OIII] doublet are blended. However, by fitting two Gaussian components to the H-beta and [OIII] features, we find that many of the PEARS ELGs have high [OIII]/H-beta ratios compared to other galaxy samples of comparable luminosities. The star-formation rates (SFRs) of the ELGs are presented, as well as a sample of distinct giant star-forming regions at z~0.1-0.5 across individual galaxies. We find that the radial distances of these HII regions in general reside near the galaxies' optical continuum half-light radii, similar to those of giant HII regions in local galaxies.

研究の動機と目的

• グリズム分光法を用いて、ハッブル・アンダーディープ・フィールドおよびその周辺のACS点指向における発光線銀河（ELGs）を特定・特徴づけること。
• 連続スペクトルに覆い隠されがちな個々の星形成キノンを検出することで、標準的な銀河統合スペクトル抽出法の改善を図ること。
• 広いサンプルの微弱で高赤方偏移のELGsに対して、発光線のフラックスを測定し、星形成率（SFR）を導出し、分光的赤方偏移を決定すること。
• ELG内の巨大HII領域の空間的分布を調査し、局所銀河と比較すること。

提案手法

• 連続スペクトルからの汚染を回避するため、2次元の検出および抽出技術をグリズムスペクトルに適用し、銀河内に存在する個々の発光線キノンを分離した。
• 発光線はガウス型プロファイルでフィッティングした。Hβおよび[O iii]は、フラックスと線幅比を測定するため、重ね合わせ成分としてモデル化した。
• 波長比を用いた線の同定または事前の写真的赤方偏移を初期推定値として用い、分光的赤方偏移を決定した。
• 星形成率（SFR）は、Hαおよび[O ii]の線フラックスを用いて計算した。複数の線が利用可能な場合には[O iii]のSFRも導出した。
• 星形成キノンの空間的分布を各銀河の半光半径で正規化し、局所HII領域サンプルと比較した。
• AGN候補は、[O iii]/Hβ比が高く、励起状態が上昇していることから同定した。SDSSのAGNサンプルと比較した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 高赤方偏移の発光線銀河内における巨大HII領域の分布はどのようなものであり、局所銀河とどのように異なるか？
• RQ2 PEARS南フィールドのELGの線輝度と星形成率は、他の高赤方偏移および局所サンプルと比較してどう異なるか？
• RQ3 低分解能グリズムスペクトルにおける重ね合わせたHβおよび[O iii]線は、AGN候補の信頼できる同定にどの程度有効か？
• RQ4 PEARS南フィールドのELGのうち、複数の明確な星形成キノンを有する割合はどの程度で、それらの空間的分布はどのような特徴を示すか？
• RQ5 標準的な銀河統合抽出法と比較して、2次元スペクトル抽出法は微弱で空間的に分解可能な発光線キノンを検出する上でどの程度有効か？

主な発見

• 192個の個別銀河に属する226個の銀河キノンから合計320本の発光線が検出され、そのうち[O iii]、Hα、[O ii]が最も一般的な線であった。
• GOODS-South領域の銀河に対して、合計118個の新しい分光的赤方偏移が測定され、既知の高赤方偏移ELGのサンプルが著しく拡大された。
• 多くのPEARS ELGは高い[O iii]/Hβ比を示しており、これはAGNや強力な星形成を示唆する高いイオン化状態である。
• PEARS銀河内の巨大星形成キノンの半径分布は、半光半径付近でピークを示し、M101、M33、M51などの局所銀河で観測された分布と一致した。
• 高励起状態に基づいて同定されたAGN候補は、BPT図の高輝度・高励起領域に位置し、SDSSのAGNと類似した特徴を示した。
• 2次元抽出法により、z ~ 0.5までの範囲で空間的に分解可能な星形成領域が効果的に分離された。これは、微弱で高赤方偏移の系における内部銀河構造の研究に有効であることを示した。