[論文レビュー] Metal Absorption Systems in Spectra of Pairs of QSOs

David Tytler, Mark Gleed+7 more|arXiv (Cornell University)|Nov 15, 2007

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 4被引用数 18

ひとこと要約

本研究は、z ≈ 2における約1 Mpc隔てた2つのクェーサー（QSO）視線で金属吸収系の最初の大規模な調査を実施し、0.5 Mpcスケールで強い空間的クラスタリングを明らかにした。1つの視線で吸収が検出された場合、<100 kpcの距離に500 km s⁻¹以内でペア視線でも50%の確率で吸収が検出されることを示しており、吸収系が高速風ではなく銀河スケールの金属分布をトレースしていることを示唆する。QSOからの強い異方的UVフィードバックの証拠も見当たらない。

ABSTRACT

We present the first large sample of absorption systems in paired QSOs consisting of 691 absorption systems in the spectra of 310 QSOs including 170 pairings. All these absorption systems have metal lines, usually C IV or Mg II. We see 17 cases of absorption in one line-of-sight within 200 km/s (1 Mpc) of absorption in the paired line-of-sight with the probability at least approx 50% at 100kpc, declining rapidly to 23% at 100 - 200 kpc. We detect clustering on 0.5Mpc scales and see a hint of the "fingers of God" redshift-space distortion. The distribution matches absorbers arising in galaxies at z=2 with a normal correlation function and systematic infall velocities but unusually low random pair-wise velocity differences. Absorption in gas flowing out from galaxies at a mean velocity of 250 km/s would produce vastly more elongation than we see. The UV absorption from fast winds that Adelberger et al. 2005 see in spectra of LBGs is not representative of the absorption that we see. Either the winds are confined to LBGs, or they can not extend to 40 kpc with large velocities, while continuing to make UV absorption we see, implying most metals were in place in the IGM long before z=2. Separately, when we examine the absorption seen when a sight line passes a second QSO, we see 19 absorbers within 400 km/s of the partner QSO. The probability of seeing absorption is approximately constant for impact parameters 0.1 - 1.5 Mpc. Perhaps we do not see a rapid rise in the probability at small impact parameters because the UV from QSOs destroys some absorbers near to the QSOs. The 3D distribution of 64 absorbers around 313 QSOs is to first order isotropic, with just a hint of the anisotropy expected if the QSO UV emission is beamed, or alternatively QSOs might emit UV isotropically but for a surprisingly short time of only 0.3Myr.

研究の動機と目的

• z ≈ 2における約1 Mpc隔てたペアQSO視線における金属吸収系の空間相関を調査すること。
• 吸収系が銀河スケール構造に起因するか、QSOからの高速噴流に起因するかを特定すること。
• QSOのUV放射が小規模なインパクトパラメータで吸収系を抑制する役割を評価すること。
• QSO周辺の吸収系分布に異方性があるかをテストし、UV放射がビーム状か等方的かを調べること。

提案手法

• 中分解能分光法（FWHM 100–250 km s⁻¹）を用いて、z ≈ 2における170組のペアで約1 Mpc隔てた310個のQSOを分析。
• スペクトル中のrest-frame等価幅およびイオン種別（例：C IV, Mg II）を用いて吸収系を同定。
• ペア視線間の吸収赤方偏移をクロス相関させ、速度オフセットを測定し、空間的接近度を推定。
• 赤方偏移空間歪みおよびクラスタリング統計を用いて大規模構造および特異速度を推定。
• インパクトパラメータ（0.1–1.5 Mpc）を変化させた際の横方向吸収系確率を比較し、QSO近傍での抑制をテスト。
• ビーム幾何、UV破壊時間スケール、赤方偏移誤差の影響を考慮した吸収系分布の異方性の統計的モデリング。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 z ≈ 2におけるペアQSO視線の金属吸収系の空間相関長はどの程度か？
• RQ2 QSO近傍の吸収系は、ビーム状または等方的UV放射によって異方的分布を示すか？
• RQ3 観測されたクラスタリングは、吸収系が銀河に起因するか、QSOからの高速噴流に起因するかと整合的か？
• RQ4 インパクトパラメータが小さい場合に横方向吸収系の検出確率が急激に増加するか、それともQSOのUV放射によって抑制されるか？
• RQ5 特異速度および赤方偏移空間歪みが観測された吸収クラスタリングに果たす役割は何か？

主な発見

• 100 kpc未満でペア視線内に500 km s⁻¹以内で吸収を検出する確率は50%以上であり、100–200 kpcでは23%に低下し、1–2 Mpcでは0.7%にまで低下する。これは約0.5 Mpcスケールでの強いクラスタリングを示している。
• 吸収系同士の相関は高速風とは整合しない。平均噴流速度250 km s⁻¹では観測されたほど強い赤方偏移延長が予想されるが、実際にはそれほど強くはなかった。
• QSO近傍の横方向吸収系は、通常の関連吸収系よりもQSOの赤方偏移に近く集中しており、±400 km s⁻¹内に19個、±1000 km s⁻¹内に30個が存在する。
• QSOから0.1–1.5 Mpcのインパクトパラメータにおける吸収系の検出確率は概ね一定であり、QSO近傍での吸収系の抑制が示唆される。これはおそらくUVによる破壊によるものと考えられる。
• 313個のQSOの周囲に存在する64個の吸収系の3次元分布はほぼ等方的であり、わずかな異方性の兆候は、20°の半頂角を持つUVビームまたは約0.3 Myrの短いQSO寿命と整合的である。
• H Iデータにおける強い近接効果の欠如、および小インパクトパラメータでの横方向吸収系確率の急激な上昇の不在は、QSOのUV放射が周囲の吸収系を破壊し、異方性を隠蔽している可能性を示唆している。