[論文レビュー] Giant Radio Galaxies as a probe of the cosmological evolution of the IGM, I. Preliminary deep detections and low-resolution spectroscopy with the SALT

J. Machalski, D. Kozieł‐Wierzbowska+1 more|ArXiv.org|Oct 24, 2007

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena被引用数 3

ひとこと要約

本研究では、南アフリカ大型望遠鏡（SALT）を用いた深紫外画像および低分解能分光法を用い、10⁻¹⁴ J m⁻³未塔のラーブエネルギー密度を有する高赤方偏移巨大電波銀河（GRG）を探索することで、銀河間媒体（IGM）圧力の宇宙論的進化を調査する。35個のGRG候補を発見したが、赤方偏移が0.4を超えるのは2例にとどまり、エネルギー密度が閾値未満ののも2例にとどまる。一方、1つの候補（J1420−0545）は4.8 Mpcを超えるサイズを示しており、既知の最大のGRGである可能性がある。

ABSTRACT

A problem of the cosmological evolution of the IGM is recalled and a necessity to find distant (z>0.5) giant radio galaxies (GRGs) with the lobe energy densities lower than about 10^{-14} J m^{-3} to solve this problem is emphasized. Therefore we undertake a search for such GRGs on the southern sky hemisphere using the SALT. In this paper we present a selected sample of the GRG candidates and the first deep detections of distant host galaxies, as well as the low-resolution spectra of the galaxies identified on the DSS frames. The data collected during the Performance Verification (P-V) phase show that 21 of 35 galaxies with the spectroscopic redshift have the projected linear size greater than 1 Mpc (for H_{0}=71 km\s\Mpc). However their redshifts do not exceed the value of 0.4 and the energy density in only two of them is less than 10^{-14} J m^{-3}. A photometric redshift estimate of one of them (J1420-0545) suggests a linear extent larger than 4.8 Mpc, i.e. a larger than that of 3C236, the largest GRG known up to now.

研究の動機と目的

• 赤方偏移z > 0.5で、ラーブエネルギー密度が10⁻¹⁴ J m⁻³未塔の遠方巨大電波銀河（GRG）を特定し、IGM圧力の予測される(1+z)⁵の進化を検証すること。
• フラックス限界型および表面輝度選択型のサンプルの限界を克服するため、拡張的・拡散的電波構造を有する低輝度・高赤方偏移GRGを標的とすること。
• 深紫外SALT画像および低分解能分光法を用い、南天のGRG候補の微弱な主星銀河を検出するとともに、赤方偏移を測定すること。
• GRGラーブの形態および非対称性を分析し、Mpcスケールの環境密度勾配およびIGMの不均一性を推定すること。
• 特に低輝度・高赤方偏移源において、等分配に基づく内部ラーブ圧力推定値が真のIGM圧力を信頼できるように反映しているかどうかを評価すること。

提案手法

• SALT望遠鏡の性能検証フェーズ中に、微弱で高赤方偏移のGRG主星銀河を検出するために、深紫外画像および低分解能分光法を実施した。
• 深紫外および電波データにおける電波形態を基にGRG候補を特定し、射影線形サイズが1 Mpcを超える源に焦点を当てた。
• 35個の銀河のスペクトロスコピック赤方偏移を測定し、1つの候補（J1420−0545）については、明るさが弱いため（R > 20.5）、光度赤方偏移推定値を用いた。
• 最小エネルギー条件を仮定し、相対論的粒子と磁場との間の等分配を仮定してラーブエネルギー密度を計算した。
• 環境密度勾配を推定するために、アーム分離比（Rθ）および中央フラックス比（fc）を用いてラーブの非対称性を分析した。
• 赤方偏移および角サイズから線形サイズを導出するために、ハッブル定数H₀ = 71 km s⁻¹ Mpc⁻¹を用いた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 IGM圧力の(1+z)⁵進化を検証するための条件を満たす、z > 0.5でラーブエネルギー密度が10⁻¹⁴ J m⁻³未塔の巨大電波銀河は存在するか？
• RQ2 深紫外SALT観測は、DSS画像では光学的に関連付けられていないR > 20.5 magの微弱で高赤方偏移のGRG主星銀河を検出可能か？
• RQ3 GRGラーブの形態的非対称性は、源の向きではなく、環境密度の不均一性を反映している程度はどの程度か？
• RQ4 X線データが欠如する状況下でも、等分配に基づく内部ラーブ圧力推定値は、低輝度・高赤方偏移GRGに対して信頼できるか？
• RQ5 IGM圧力の予測される宇宙論的進化pIGM(z) ∝ (1+z)⁵を示す観測的証拠は存在するか？

主な発見

• スペクトロスコピック赤方偏移が測定された35個の銀河のうち、21個が射影線形サイズ1 Mpcを超えており、しかし赤方偏移が0.4を超えるのはいずれも該当しない。
• サンプル内でラーブエネルギー密度が10⁻¹⁴ J m⁻³未塔の源はわずか2例にとどまり、IGM圧力進化の調査に必要な閾値に達していない。
• J1420−0545の光度赤方偏移推定値から、射影線形サイズが4.8 Mpcを超える可能性が示唆され、既知の最大のGRGである可能性がある。
• サンプルの中央アーム分離比（Rθ）の中央値は1.25 ± 0.03であり、GRG非対称性が源の傾きではなく環境密度勾配に起因するという仮説を支持する。
• 最も広がった源のラーブの非対称性および低輝度は、それらがおそらく低密度の銀河間領域、あるいはバケツ状領域で進化している可能性を示唆している。
• GRGラーブのX線データが欠如しているため、等分配に基づく圧力推定値の信頼性は制限されるが、この方法は、このような遠方で拡散的な源に対して現時点で最も適した手法のままである。