[論文レビュー] Lyman alpha emitters with red colors at z~=2.4

M. Stiavelli, Claudia Scarlata+4 more|ArXiv.org|May 29, 2001

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 32被引用数 25

ひとこと要約

本研究では、CFH12Kカメラにカスタムの中域帯域フィルタを装着して、z ≈ 2.4における58個のライマン＝アルファ発光体を同定した。その結果、予想をはるかに上回る赤いB-I色度（≈1.8）を示した。この赤い色度は、宇宙の星形成ピークをはるかに上回る星形成率を要するため、ほこりによる減光だけでは説明できない。代わりに、データは支配的で古い星の集団が存在することを強く示唆しており、これらの銀河はz ≈ 2.4時点でほとんどすべての星が既に形成済みのプロト楕円銀河である可能性を示している。

ABSTRACT

We have carried out a search for Lyman alpha emission from galaxies at z~=2.4 over a field of 1200 sq. arcmin using the CFH12K camera at the CFHT and a custom medium band filter. The search has uncovered 58 candidates, corresponding to a completeness-corrected source density of ~0.07 sq. arcmin^-2. Our sources have red colors (B-I~=1.8) which imply either that a large fraction of the light is highly reddened and we are detecting Lyman alpha through special lines of sight, or that these objects contain an underlying older stellar population. While for each individual object we cannot discriminate between these alternatives, we conclude that most of the objects actually contain an older component because the star formation rates inferred from the picture based on reddening, applied to all candidates, would imply an exceedingly high star formation rate, i.e. more than two orders of magnitude above the peak cosmic star formation rate (e.g. Lilly et al. 1996).

研究の動機と目的

• カスタムの中域帯域フィルタを用いた深紫外画像撮影により、z ≈ 2.4におけるライマン＝アルファ発光体を同定・特徴付けること。
• この発光体の大部分で観測された異常に赤いB-I色度（≈1.8）の原因を特定すること。
• 赤い色度がほこりによる減光によるものか、それとも古い星の集団の存在によるものかを評価すること。
• これらの高赤方偏移銀河の星形成歴および全星質量を推定すること。
• これらの対象が、既にz ≈ 2.4時点でほとんど星を形成済みの初期形成銀河（プロト楕円銀河）を表しているかどうかを評価すること。

提案手法

• z ≈ 2.422でライマン＝アルファ線を分離するために、中心波長4158 Å、FWHM 174 Åの中域帯域干渉フィルタをカスタムで使用した。
• カナダ＝フランス＝ハワイ望遠鏡のCFH12Kカメラを用いて、1200 arcmin²の領域で深紫外画像撮影を実施した。
• SExtractorを用いてB、Iおよびライマン＝アルファ帯域での photometry を実施し、人工星のシミュレーションから得た補正を適用して完全性を補正した。
• 各チップにおける中央値と分散を測定することで、連続スペクトルの差し引きを実施した。
• [OII]発光線を用いて、[OII]発光体の混入を除外する診断的手段とし、候補のライマン＝アルファ起源を確認した。
• Salpeter初期質量関数を用いた星団合成モデル（Bruzual & Charlot）を用いて、星質量を推定し、古い星と若い星の寄与度を検証した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 z ≈ 2.4におけるライマン＝アルファ発光体に見られる異常に赤いB-I色度（≈1.8）の原因は何か？
• RQ2 ほこりによる減光だけでは観測された赤い色度を説明できるか。それとも、古い星の集団の存在が不可欠か？
• RQ3 赤い色度がほこりによる赤化によるものだと仮定した場合、必要な星形成率はどれほどで、それが宇宙のピークと比べてどの程度の大きさか？
• RQ4 古い星の集団が全星質量に占める割合はどれほどで、これはこれらの銀河の形成時期にどのような示唆を与えるか？
• RQ5 これらのライマン＝アルファ発光体は、z ≈ 2.4時点で既にほとんど星を形成済みのプロト楕円銀河として一貫しているか？

主な発見

• 本調査では、完全性補正済みの源密度が約0.07 arcmin⁻²である58個の本物のライマン＝アルファ発光体を同定した。
• 平均的なB-I色度は≈1.8であり、これは若い未減光の星形成爆発銀河の期待値をはるかに上回る。
• 赤い色度がほこりによる減光によるものだと仮定した場合、必要な星形成率は宇宙のピークを10,000倍以上も上回ることになり、ほこりによる説明は現実的でない。
• 1 Gyrの古い星の集団の場合、観測された色度を再現するには、若い星の集団よりも少なくとも1000倍の質量を占めている必要がある。
• ライマン＝アルファ線の放射度から、若い星の集団質量は約10⁷ M⊙と推定されたが、全星質量は約10¹¹ M⊙であり、支配的な古い星の集団が存在することが示された。
• これらの源の数密度はL⋆銀河の約5%であり、高効率の星形成サイクルを持つプロト楕円銀河と整合的である。