[論文レビュー] Neutral atomic-carbon QSO absorption-line systems at z>1.5: Sample selection, HI content, reddening, and 2175 A extinction feature

C. Ledoux, P. Noterdaeme+2 more|arXiv (Cornell University)|Apr 27, 2015

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 58被引用数 38

ひとこと要約

本研究では、低分解能のSDSS-II QSOスペクトルを用いて、z > 1.5の領域で66個の中性原子炭素（C i）吸収線系を同定した。C iは遮蔽され、冷たく、ほこりを含むガスの tracer として用いられる。主な発見は、C iで選別された系は非常にまれ（z ≈ 2.5におけるDLAの100倍以上まれ）であり、顕著なほこりによる減光（E(B-V)最大0.3）を示し、弱い2175 Å減光特徴を持つことである。これは、最近のまたは継続中の星形成を示唆しており、強力なC i系は高金属量で分子を豊富に含むガスを宿す可能性が高く、高赤方偏移におけるCOやDIBの探索に最適である。

ABSTRACT

We present the results of a search for cold gas at high redshift along QSO lines-of-sight carried out without any a priori assumption on the neutral atomic-hydrogen (HI) content of the absorbers. To do this, we systematically looked for neutral-carbon (CI) 1560,1656 transition lines in low-resolution QSO spectra from the SDSS database. We built up a sample of 66 CI absorbers with redshifts 1.5<z<3.1 and equivalent widths 0.1<W_r(1560)<1.7 A. The completeness limit of our survey is W_r,lim(1560)~0.4 A. CI systems stronger than that are more than one hundred-times rarer than DLAs at z_abs=2.5. The number of CI systems per unit redshift increases significantly below z=2. We suggest that the CI absorbers are closely related to the process of star formation and the production of dust in galaxies. We derive the HI content of the CI systems and find that a majority of them are sub-DLAs with N(HI)~10^20 atoms cm^-2. The dust content of these absorbers is yet significant as seen from the redder optical colours of the background QSOs and their reddened SEDs. The overall N(HI) distribution of CI systems is relatively flat however. As a consequence, among the CI systems classifying as DLAs there is a probable excess of strong DLAs with log N(HI)>21 compared to systematic DLA surveys. We study empirical relations between W_r(CI), N(HI), E(B-V) and the strength of the 2175 A extinction feature, the latter being detected in about 30% of the CI absorbers. We show that the 2175 A feature is weak compared to Galactic lines-of-sight exhibiting the same amount of reddening. This is probably the consequence of current or past star formation in the vicinity of the CI systems. We also find that the strongest CI systems tend to have the largest amounts of dust and that the metallicity of the gas and its molecular fraction is likely to be high in a large number of cases.

研究の動機と目的

• 低分解能QSOスペクトルを用いて、H i含有量についての事前の仮定なしに、高赤方偏移の中性原子炭素（C i）吸収系を同定すること。
• C i吸収体のH i含有量、ほこりによる赤み、減光特性を調査し、高赤方偏移銀河における遮蔽され、冷たく、ほこりを含むガスの tracer としての役割を検討すること。
• C i吸収体と星形成、ほこり遮蔽、および約10 eVのUV背景放射の進化との関連を明らかにすること。
• 現在のマグニチュード限界付きQSOサーベイが強力でほこりを含むDLAを検出する際の完全性と選択効果を評価すること。
• 高分解能の追従観測による分子種（例：CO）および拡散性間銀河バンドの高赤方偏移における探索に最適な標本を同定すること。

提案手法

• SDSS-II DR7（1.5 < zem < 4.46）の41,696個の低分解能QSOスペクトルにおいて、C i λλ1560,1656遷移を系統的に探索した。
• レストフレーム等価幅の閾値に基づくサンプル選別：Wr(λ1560) > 0.4 Å（完全性の限界を定義）。
• 南半球の標本に対してVLT/UVESを用いてH i吸収断面密度（N(H i)）を測定し、E(B-V)によるほこりによる赤みを導出。
• 観測されたスペクトルエネルギー分布を用いて、Wr(C i)、N(H i)、E(B-V)、および2175 Å減光特徴の強度との間の経験的関係を分析。
• 類似するE(B-V)を持つ銀河系のライン・オブ・サイトと比較し、局所的UV放射場の影響を推定。
• N(H i)分布の統計的分析とC i系の赤方偏移進化を検討し、星形成およびISM状態との関連を評価。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 C i吸収体の数密度と赤方偏移進化は、従来のダムプド・ライマン-α（DLA）系と比べてどう異なるか？
• RQ2 C iで選別された吸収体のH i吸収断面密度分布は何か？ また、H iで選別されたDLAサーベイと比べてどう異なるか？
• RQ3 ほこりによる赤みと2175 Å減光特徴の強度は、C i吸収強度およびH i吸収断面密度とどの程度相関しているか？
• RQ4 C i吸収体では顕著な赤みがあるにもかかわらず2175 Å特徴が弱いのはなぜか？ これは局所的星形成またはUV放射場に何を示唆するか？
• RQ5 C i吸収体は通常のDLAと比べて金属量と分子ガスが豊富であるか？ また、COやその他の分子が検出可能か？

主な発見

• 本サーベイでは、1.5 < z < 3.1および0.1 < Wr(λ1560) < 1.7 Åの範囲で66個のC i吸収体を同定した。完全性の限界はWr,lim(λ1560) ≈ 0.4 Åである。
• Wr(λ1560) > 0.4 ÅのC i系は、z ≈ 2.5におけるDLAの100倍以上もまれであり、これは極めて遮蔽されたガス相を示している。
• C i吸収体の数密度はz ≈ 2未満で顕著に増加しており、この赤方偏移域での星形成効率の向上と関連している可能性がある。
• C i吸収体の大多数はN(H i) ≈ 10^20 cm⁻²のサブ-DLAであるが、系統的なDLAサーベイと比較して、強力なDLA（log N(H i) > 21）の過剰が示唆された。
• 約30％のC i吸収体でほこりによる赤み（E(B-V)最大 ∼0.3）が観測され、顕著な減光と赤みを帯びたQSOスペクトルエネルギー分布が観測された。
• 2175 Å減光特徴は、類似するE(B-V)を持つ銀河系のライン・オブ・サイトと比較して弱く、周囲の星形成からのUV放射が増強されており、特徴のキャリアが枯渇している可能性がある。