[論文レビュー] Lyman Alpha Imaging of a Proto-Cluster Region at =3.09

Charles C. Steidel, Kurt L. Adelberger+4 more|ArXiv.org|Oct 7, 1999

Astronomy and Astrophysical Research被引用数 351

ひとこと要約

本研究では、⟨z⟩=3.09の高赤方偏移プロトクラスタで、深さの高い狭帯域イメージングを用いてリーマン・アルファ発光銀河を検出する。これにより、従来のブラインド調査と比較して、発光ライン候補の表面密度が6倍も高いことが明らかになった。また、リーマン・アルファ線が弱いため、UVが明るい銀河のうちわずか20–25％しか狭帯域過剰により検出できないことが判明した。さらに、電波源を伴わない2つの質量が大きく拡散したリーマン・アルファ「ブロブ」を発見し、これにより励起機構が異なっているか、遮蔽された電離源が存在する可能性が示唆された。

ABSTRACT

We present very deep imaging observations, through a narrow-band filter tuned to Lyman alpha at , of a volume containing a significant over-density of galaxies at this redshift previously discovered in our survey for continuum-selected Lyman break galaxies (LBGs). The new observations are used in conjunction with our spectroscopic results on LBGs to compare the effectiveness of continuum and emission line searches for star forming galaxies at high redshift, and to extend the search for members of the structure at = 3.09 to much fainter continuum luminosities. We find that only 20-25 percent of all galaxies at a given UV continuum luminosity would be flagged as narrow-band excess objects subject to the typical limits W_Lya > 80 Angstroms in the observed frame. The density enhancement of strong Lyman alpha emitters in this field is consistent with that inferred from the analysis of the spectroscopic Lyman break galaxy sample in the same region (6+/-1), but extends to continuum luminosities up to 2 magnitudes fainter. There is no evidence for a significantly higher fraction of large Lyman alpha line equivalent widths at faint continuum luminosities. By combining the 24 spectroscopic members of the z=3.09 ``spike'' with the narrow-band candidates, we are able to produce a sample of 162 objects which are either known or likely members of this large structure. We have also discovered two extremely large and diffuse Lyman alpha emitting ``blobs'', which have physical extents >100/h kpc and Lyman alpha line fluxes 20-40 times larger than the typical line emitters at the same redshifts in the field. The possible nature of the ``blobs'' is discussed. (abstract abridged)

研究の動機と目的

• 高赤方偏移の星形成銀河を特定するための連続スペクトル選別と発光ライン選別との効果を比較すること。
• 狭帯域イメージングを用いて、より弱いUV連続スペクトルの輝度にまで及ぶプロトクラスタメンバーの探索を拡張すること。
• プロトクラスタ領域で発見された2つの極めて明るく拡散したリーマン・アルファネビュラ（「ブロブ」）の性質を調査すること。
• 発光ラインおよびスペクトロスコピックデータを用いて、プロトクラスタの大規模構造をマッピングすること。
• 選別バイアスが存在するにもかかわらず、高赤方偏移における銀河の過密度を調査するための狭帯域イメージングの有効性を評価すること。

提案手法

• 既知のプロトクラスタ（⟨z⟩=3.09）を中心とする8.7′ × 8.9′の領域で、非常に深さの高い狭帯域イメージングを実施した。
• 従来のリーマン・ブレイク銀河（LBG）調査からのスペクトロスコピック赤方偏移を組み合わせ、狭帯域過剰検出の結果を用いてクラスタメンバーを同定した。
• NB過剰、NB不足、およびスペクトロスコピックカタログの組み合わせを用いて、162件の候補者または確認済みメンバーの包括的サンプルを構築した。
• 1 h⁻¹ Mpcスケールでの局所的過密度を特定するために、滑らかにされた表面密度マップを構築した。
• 高密度ピークと既知のQSOおよびリーマン・アルファブロブとの空間相関を分析し、環境的関連性を評価した。
• 固定された連続スペクトルの輝度において、発光ライン物体の検出率とUVが明るいLBGとの比較を通じて、狭帯域イメージングの選別効率を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 連続スペクトルに基づくリーマン・ブレイク選別と比較して、狭帯域イメージングは高赤方偏移の星形成銀河をどの程度効果的に検出できるか？
• RQ2 z ≈ 3.09の既知のプロトクラスタ領域におけるリーマン・アルファ発光ライン候補の表面密度はどの程度か？
• RQ3 電波放射や明るいUV源を伴わない2つの極めて明るく拡散したリーマン・アルファネビュラの存在は、何によって引き起こされるのか？
• RQ4 リーマン・アルファブロブとQSOは、プロトクラスタの最も密集した領域に偏って配置されているか？
• RQ5 弱いリーマン・アルファ等価幅のおかげで、狭帯域選別は、弱いUVが明るい銀河をどの程度見逃しているのか？

主な発見

• 狭帯域調査では、類似した深さと赤方偏移の下で、従来のブラインド調査と比較してリーマン・アルファ発光ライン候補の表面密度が約6倍高いことが判明した。
• ある特定の遠赤外連続スペクトルの輝度において、銀河の約20–25％しか狭帯域過剰により検出できない。これは、大多数の銀河でリスターム等価幅が<20 Åと小さいためである。
• 2つの巨大なリーマン・アルファ「ブロブ」は、少なくとも100 h⁻¹ kpcの物理的スケールを持ち、リーマン・アルファ線の線輝度は約10⁻¹⁵ erg s⁻¹ cm⁻²であり、いずれもz ≈ 3.09の通常のリーマン・アルファ発光銀河と比較して20–40倍高い。
• ブロブは100 μJyレベルの電波源と関連していないこと、また明確なUVが明るい電離源も欠如していることから、遮蔽された源による励起や冷却フローに類似したプロセスが関与している可能性が示唆された。
• 滑らかにされた表面密度マップにおける3つの最高の局所的密度ピークのうち、1つはz = 3.083のQSOに中心があり、もう1つはリーマン・アルファブロブに中心がある。これは、希少な対象が環境的に集団を形成している可能性を示唆している。
• スペクトロスコピック、NB過剰、NB不足の合計162件のサンプルは、これまでにない高赤方偏移でのプロトクラスタ構造の「スナップショット」を提供しており、z ≈ 3.09での大規模な過密度の強い証拠がある。