[論文レビュー] Multiply-imaged submm galaxy in a z~2.5 group

Jean‐Paul Kneib, P. van der Werf+6 more|arXiv (Cornell University)|Mar 8, 2004

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena被引用数 54

ひとこと要約

本論文では、赤方偏移 z ≈ 2.5 の質量的な銀河団 A2218 によって重力レンズ効果を受けて、複数像に分かれた、サブミリ波長で検出された超高光度赤外銀河（ULIRG）SMM J16359+6612 の発見を報告する。重力レンズ効果により、この源は約 45 倍に増幅されており、レンズモデルと分光的確認により、正確な赤方偏移 z = 2.516 を測定可能となり、極めて強いチリ遮蔽と、約 500 M⊙ yr⁻¹ の高い固有星形成率を明らかにした。これは、サブミリ波長の銀河背景を形成する主要な銀河群に相当する特徴である。

ABSTRACT

We present observations of a remarkable submillimetre-selected galaxy, SMMJ16359+6612. This distant galaxy lies behind the core of a massive cluster of galaxies, A2218, and is gravitationally lensed by the foreground cluster into three discrete images which were identified in deep submillimetre maps of the cluster core at both 450 and 850micron. Subsequent follow-up using deep optical and NIR images identify a faint counterpart to each of the 3 images, with similar red optical--NIR colours and HST morphologies. By exploiting a detailed mass model for the cluster lens we estimate that the combined images of this galaxy are magnified by a factor of ~45, implying that this galaxy would have un-lensed magnitudes K_s=22.9 and I=26.1, and an un-lensed 850micron flux density of only 0.8mJy. Moreover, the highly constrained lens model predicted the redshift of SMMJ16359+6612 to be z=2.6+/-0.4. We confirm this estimate using deep optical and NIR Keck spectroscopy, measuring a redshift of z=2.516. SMMJ16359+6612 is the faintest submm-selected galaxy so far identified with a precise redshift. Thanks to the large gravitational magnification of this source, we identify 3 sub-components in this submm galaxy, which are also seen in the NIRSPEC data, arguing for either a strong dust (lane) absorption or a merger. Interestingly, there are 2 other highly-amplified galaxies at almost identical redshifts in this field (although neither is a strong submm emitter). The 3 galaxies lie within a ~100kpc region on the background sky, suggesting this submm galaxy is located in a dense high-redshift group.

研究の動機と目的

• アンビエント調査における混在限界以下の、弱いサブミリ波長銀河を特定・特徴付けること。
• 明るい光学的／赤外線対応物が存在しないサブミリ波長銀河の赤方偏移を測定すること。
• 強力な重力レンズ効果を用いて、サブ-mJy サブミリ波長銀河の固有性質を調査すること。
• 高赤方偏移における密集環境が、遮蔽された星形成爆発を引き起こす役割を調査すること。
• 支配的サブミリ波長背景銀河群の代表的メンバーの星形成率とチリ含有量を特定すること。

提案手法

• JCMT の SCUBA を用いて、A2218 団の背後に位置する複数像の源を、450 および 850 μm の深紫外サブミリ波長画像で検出。
• HST、WHT、Keck を用いた深紫外光学および近赤外画像を組み合わせ、3 つのサブミリ波長像に対応する弱い対応物を特定。
• A2218 の高精度な重力レンズモデルを適用し、増幅率を推定し、源の赤方偏移を予測。
• Keck 分光測定（NIRSPEC）を実施し、赤方偏移を確認し、特に Hα および Lyα の線スペクトルを分析。
• 中赤外領域の z ≈ 0.7 のチリ発光銀河からのチリ減光推定値と開口損失補正を用いて、星形成率を補正。
• レイトラシング技術を用いて、像の幾何学的配置とレンズ質量モデルに基づき、源の 3 次元位置を三角測定。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 アンビエント調査で検出できない弱いサブミリ波長銀河が銀河団によって重力レンズ効果を受けており、その固有の赤方偏移と物理的性質は何か？
• RQ2 明るい光学的対応物が存在しない状況でも、重力レンズの幾何学的配置を用いて、サブミリ波長銀河の赤方偏移を正確に特定できるか？
• RQ3 サブ-mJy サブミリ波長銀河の固有の星形成率とチリ含有量は、支配的背景銀河群の代表的メンバーとしてどの程度か？
• RQ4 この銀河で観測された星形成は、合体によるものか、チリに覆われた爆発的星形成であるか？また、より高光度なサブミリ波長銀河と比較するとどうなるか？
• RQ5 同じ赤方偏移に位置する複数の高増幅銀河が存在することは、大規模環境と星形成の誘発機構にどのような意味を持つのか？

主な発見

• サブミリ波長銀河 SMM J16359+6612 は、重力レンズ効果により三つの明確な像に分離されており、合計で約 45 倍の増幅が見られ、弱い源の高信噪比分析が可能となった。
• レンズモデルによる予測赤方偏移は z = 2.6 ± 0.4 であり、Keck NIRSPEC を用いた分光的確認により、z = 2.516 と明確に確認された。
• 非増幅状態の 850 μm フラックス密度はわずか 0.8 mJy にとどまり、アンビエント調査の一般的な混在限界以下に位置するが、強力な遠赤外放射体である。
• 遠赤外線の光度から推定される固有の星形成率は約 500 M⊙ yr⁻¹ であり、チリ遮蔽が極めて強いことから、UV に基づく推定値（6 M⊙ yr⁻¹）に比べて顕著に高い。
• チリ減光（A_Hα ≈ 2.1）および開口損失補正を施した Hα 発光から得られる星形成率は約 110 M⊙ yr⁻¹ にとどまり、FIR に基づく推定値に比べてはるかに低い。これは、星形成の大部分がチリに包まれていることを確認する。
• この系は、100 kpc 以内に赤方偏移 z ≈ 2.5 の高増幅銀河が複数存在する、密集した高赤方偏移銀河群に位置しており、環境的要因が遮蔽星形成爆発を誘発している可能性を示唆している。