[論文レビュー] Hubble captures multiply-imaged ionizing radiation from strongly lensed galaxy at z=2.4

T. Emil Rivera-Thorsen, Håkon Dahle+8 more|arXiv (Cornell University)|Apr 17, 2019

Astronomy and Astrophysical Research参考文献 5被引用数 4

ひとこと要約

重力レンズの拡大効果を用いて、ハッブル宇宙望遠鏡は、赤方偏移 z=2.4 の強力にレンズ効果を受けていた銀河からイオン化放射がどのように脱出するかを、これまでで最も明確に捉えた。これは、光学的厚いガスの中の狭いスリットを通って放射するコンactな星形成領域の複数の像を明らかにした。この結果は、再イオン化時代におけるイオン化光子の脱出を、小スケールでの銀河間中性水素の吸収を調べることで、前例のない洞察を提供する。

ABSTRACT

The early Universe was ionized by hard ultraviolet radiation from hot, young stars in the first galaxies. These galaxies contain absorbing neutral Hydrogen which must be configured favorably to allow ionizing escape; only a few dozen cases have been detected at any redshift. Here we present Hubble observations of the brightest known lensed galaxy, the Sunburst Arc, revealing bright, multiply-imaged escape from a compact stellar region through a narrow channel in an optically thick gas. Gravitational lensing magnification has allowed the clearest view yet of how ionizing photons escape galaxies, providing a unique window to the last major phase transition of the Universe, the epoch of re-ionization. The multiple sight lines to the source probe absorption by intergalactic neutral Hydrogen on unprecedentedly small scales.

研究の動機と目的

• 高赤方偏移銀河における再イオン化時代のイオン化放射の脱出を調査すること。
• ガスの幾何学的構造と吸収が、イオン化光子の脱出を可能にする役割を理解すること。
• 強力な重力レンズ効果を活用して、レンズ効果のない観測では達成できない高分解能と高感度を実現すること。
• 複数の視線路を用いて、小スケールでの銀河間中性水素の吸収を調査すること。

提案手法

• ハッブル宇宙望遠鏡の観測を用いて、赤方偏移 z=2.4 の強力にレンズ効果を受けていた Sunburst Arc 銀河の高分解能画像を取得した。
• 重力レンズの拡大効果を活用して感度と空間分解能を向上させ、微弱で複数の像となったイオン化放射の検出を可能にした。
• 源への複数の視線路を分析し、小スケール（1キロパーセク未満）での銀河間中性水素の吸収を調査した。
• イオン化光子がコンパクトな星形成領域から、光学的厚いガスの中の狭いスリットを通って脱出できることを同定した。
• 観測された複数の像と比較して、ガスの幾何学的構造と放射の脱出経路をモデル化した。
• レンズ効果による拡大を活用して、これまでで最も明確なイオン化光子脱出の様子を捉えた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 周囲の光学的厚いガスに囲まれているにもかかわらず、高赤方偏移銀河からイオン化光子はどのように脱出するのか？
• RQ2 ガスの幾何学的構造と密度構造が、光子の脱出を可能にする役割は何か？
• RQ3 重力レンズ効果は、銀河間中性水素の小スケール吸収特徴を明らかにできるか？
• RQ4 どれくらいの割合のイオン化放射が、高密度ガスの中の狭いスリットを通って脱出するのか？
• RQ5 レンズ効果による視認は、脱出率と脱出メカニズムの制約をどのように改善するか？

主な発見

• Sunburst Arc は、観測可能な最も明るいレンズ効果を受けていた銀河であり、赤方偏移 z=2.4 におけるイオン化放射の脱出を最も明確に観測できた。
• 複数の像は、イオン化放射が光学的厚いガス構造の中の狭いスリットを通って脱出していることを示している。
• 観測された脱出は、周囲の中性水素ガスの膜に囲まれたコンパクトな星形成領域から、低密度の経路を通ってイオン化光子が放出されていると一致する。
• 複数の視線路により、これまでにない小スケール（小スケール）での銀河間中性水素の吸収が調査された。
• レンズ効果による拡大は、再イオン化時代の理解に不可欠な、脱出メカニズムの高分解能ビューを提供した。
• この系は、高い中性水素密度が存在するにもかかわらず、イオン化光子がどのようにして銀河から脱出できるかを直接観測的に裏付ける証拠を提供する。