[論文レビュー] Ly-alpha emitters in the GOODS-S field: a powerful pure nebular SED with N IV] emission at z=5.563

Anna Raiter, R. A. E. Fosbury+1 more|arXiv (Cornell University)|Dec 22, 2009

Astronomy and Astrophysical Research被引用数 17

ひとこと要約

本研究では、GOODS-S領域に位置する赤方偏移 z = 5.563 の高赤方偏移 Lyα発光体において、強力な N iv] 1486 Å の発光を確認した。この源のスペクトルエネルギー分布（SED）は、古くさい星族よりも純粋なネーブラー発光によって支配されていることが示された。CLOUDY を用いた光電離モデル化により、約 100 kK の高温ブラックボディ放射源と低金属量（約 5% 太陽値）が、観測された SED、特に IRAC バンドに位置する [O iii] 発光による apparent Balmer break を再現することが示された。これは、従来の解釈である進化した系としての解釈に挑戦するものである。

ABSTRACT

[abridged] From a sample of Ly-alpha emitters in the GOODS-S field with uncontaminated photometry and optical (red) spectroscopy, we select a spatially compact object at a redshift of 5.563 (Ly-alpha) that shows a second emission line, identified as N IV] 1486 A. The SED is modelled in a way that accounts for both the N IV] line emission and the photometry in a self-consistent way. The photoionization code CLOUDY is used to calculate a range of nebular models as a function of stellar ionizing source temperature, ionization parameter, density and nebular metallicity. We compare the theoretical and observed magnitudes and search for the model parameters that also reproduce the observed N IV] luminosity and equivalent width. A nebular model with a hot blackbody ionizing source of around 100 kK and a nebular metallicity of ~5% of solar is able to fit the observed SED and, in particular, explain the large apparent Balmer break which is inferred from the pure stellar population model fitting conventionally applied to multi-band photometric observations. In our model, an apparent spectral break is produced by strong [O III] 4959, 5007 A emission falling in one of the IR bands (IRAC1 in this case). A lower limit on the total baryonic mass of a model of this type is 3.2 x 10^8 Msun . It is argued that objects with Ly-alpha emission at high redshift that show an apparent Balmer break may have their SED dominated by nebular emission and so could possibly be identified with very young starbursting galaxies rather than massive evolved stellar populations. Detailed studies of these emission nebulae with large telescopes will provide a unique insight into very early chemical evolution.

研究の動機と目的

• 高赤方偏移 Lyα 発光体の SED に見られる apparent Balmer break が、従来は質量が大きく進化した星族として解釈されてきたが、その性質を再評価すること。
• 特に強力な [O iii] および N iv] 線が、光度的 SED において Balmer break のように見えるのを、ネーブラー発光プロセスが再現できるかどうかを調査すること。
• 源 GDS J033218.92−275302.7 の観測された SED および線幅発光を再現する物理的条件（放射源温度、金属量、密度、イオン化パラメータ）を特定すること。
• ネーブラー支配の SED が、初期銀河形成および化学的進化に与える影響を評価すること。

提案手法

• HST/ACS、Spitzer/IRAC、および地上望遠鏡の近赤外データを用いて、Lyα 発光体 GDS J033218.92−275302.7 の全 SED を構築した。
• VIMOS/FORS2 を用いた光学スペクトロスコピーにより、赤方偏移（z = 5.563）が確認され、1486 Å に位置する第二の発光線が N iv] 1486 Å であると同定された。
• CLOUDY コードを用いた光電離モデリングにより、放射源温度、イオン化パラメータ、電子密度、ネーブラー金属量のパラメータ空間を探索した。
• 理論的等級および線輝度を観測された光度および線輝度と比較し、最適なモデルを制約した。
• apparent Balmer break が [O iii] 4959, 5007 Å 発光が IRAC1 バンド（3.6 μm）に位置する原因であるかどうかを検証した。
• 一定の星形成歴を仮定して、全バリオン質量の下限をモデルから導出した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 高赤方偏移 Lyα 発光体の apparent Balmer break は、年齢勾配の強い星族ではなく、ネーブラー発光によって説明可能か？
• RQ2 この Lyα 発光体の観測された N iv] 1486 Å 発光および SED を再現するための物理的条件は何か？
• RQ3 観測された SED は、古くさい質量的で大きな星族ではなく、若く金属量が低い星爆発的星形成銀河と整合的か？
• RQ4 ネーブラー発光が高赤方偏移銀河の UV から NIR までの SED をどの程度支配できるか？

主な発見

• 高温ブラックボディ放射源（約 100,000 K）とネーブラー金属量（約 5% 太陽値）を仮定したネーブラーモデルが、観測された SED および N iv] 輝度を最もよく再現した。
• apparent Balmer break は星族の断片的破壊によるものではなく、[O iii] 4959, 5007 Å 発光が IRAC1 バンド（3.6 μm）に位置するためのものである。
• 観測された SED はネーブラー発光によって支配されており、これはこの源が古くなった系ではなく、若く金属量が低い星爆発的星形成銀河である可能性を示唆している。
• モデルから全バリオン質量の下限が 3.2 × 10⁸ M☉ であると導かれた。これは、コンact で質量の大きな星形成系と整合的である。
• 高赤方偏移で強力な N iv] 発光が観測されるのは稀であり、これは非常にイオン化され金属量が低い環境を示しており、若年星族を支持する。
• 本研究は、ネーブラー発光プロセスが、特に光度的ブレークに依存する場合に、高赤方偏移銀河の SED 解釈を顕著に変える可能性があることを示している。