[論文レビュー] High-redshift star formation in the ALMA era

Jacqueline Hodge, Elisabete da Cunha|arXiv (Cornell University)|Apr 2, 2020

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 636被引用数 33

ひとこと要約

ALMA は高赤方偏移における塵に覆われた星形成の研究を劇的に前進させ、前例のない分解能、感度、スペクトル能力を提供し、正確な局在化、分解されたISM研究、そして古典的なSMGsを超えるより暗い銀河集団の探査を可能にする。

ABSTRACT

The Atacama Large Millimetre/submillimetre Array (ALMA) is currently in the process of transforming our view of star-forming galaxies in the distant ($z\gtrsim1$) universe. Before ALMA, most of what we knew about dust-obscured star formation in distant galaxies was limited to the brightest submillimetre sources$-$the so-called submillimetre galaxies (SMGs)$-$and even the information on those sources was sparse, with resolved (i.e., sub-galactic) observations of the obscured star formation and gas reservoirs typically restricted to the most extreme and/or strongly lensed sources. Starting with the beginning of early science operations in 2011, the last nine years of ALMA observations have ushered in a new era for studies of high-redshift star formation. With its long baselines, ALMA has allowed observations of distant dust-obscured star formation with angular resolutions comparable to$-$or even far surpassing$-$the best current optical telescopes. With its bandwidth and frequency coverage, it has provided an unprecedented look at the associated molecular and atomic gas in these distant galaxies through targeted follow-up and serendipitous detections/blind line scans. Finally, with its leap in sensitivity compared to previous (sub-)millimetre arrays, it has enabled the detection of these powerful dust/gas tracers much further down the luminosity function through both statistical studies of color/mass-selected galaxy populations and dedicated deep fields. We review the main advances ALMA has helped bring about in our understanding of the dust and gas properties of high-redshift ($z\gtrsim1$) star-forming galaxies during these first nine years of its science operations, and we highlight the interesting questions that may be answered by ALMA in the years to come.

研究の動機と目的

• ALMA の能力が z > 1 の高赤方偏移銀河における塵に覆われた星形成の観察をどのように変革するかを評価する。
• ALMA を用いたサブミリ波選択銀河 (SMGs) および強いラベリング系の進展をレビューする。
• 遠方の星形成銀河の統計的および分解されたISM特性を要約する。
• ALMA のサーベイとフォローアップが光度関数と赤方偏移範囲をどのように拡張するかを論じる。

提案手法

• ALMA の主要な能力: 角分解能、周波数範囲、帯域幅、感度を説明する。
• ALMA が SMGs の正確な局在化とカウンターパート同定をどのように可能にするかを説明する。
• 高-z ソースにおける多重性とレンズ効果を解消するアプローチを要約する。
• 遠方銀河におけるガス含量と塵の性質を、ALMA の blind および targeted サーベイがどのように制約するかを概説する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 サブミリ観測で同定された遠方の塵に覆われた星形成銀河の counterparts の位置決定と同定能力を、ALMA はどのように変えたか？
• RQ2 ALMA 観測は高赤方偏移銀河の ISM 特性、ガス分率、星形成法則について何を明らかにしたか？
• RQ3 強い重縮観系と ALMA の blind サーベイが、高赤方偏移の塵を含む銀河集団および宇宙のガス密度に関する理解をどの程度変えるか？
• RQ4 ALMA 時代の SMG 集団を定義するものは何か、そしてそれがカラー選択および質量選択された高-z銀河とどのようにつながるか？

主な発見

• ALMA は SMGs のサブアーク秒レベルの局在化を提供し、正確な対応天体の同定と赤方偏移の推定を可能にする。
• ALMA は単一ビームの SMG ソースにおける多重性を解決し、以前のビーム内に複数のサブミリ波銀河を明らかにする。
• ALMA のサーベイとフォローアップ機能は、高-z銀河の塵/ガス特性を明らかにし、空間的に分解されたISMとダイナミクスを含む。
• 深い ALMA 観測はより暗い銀河の探査を可能にし、古典的 SMGs を越えた光度関数の研究を拡張する。
• ALMA のスペクトル能力は、複数の分子・原子線を通じて赤方偏移の確定と詳細な ISM 研究を可能にする。
• レンズ効果とソース再構成技術は、高-z ISM 物理と固有ソース特性の測定を改善する。