[論文レビュー] New constraints on dust emission and UV attenuation of z= 6.5 7.5 galaxies from IRAM and ALMA observations ⋆

D. Schaerer, F. Boone+5 more|arXiv (Cornell University)|Jul 22, 2014

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena被引用数 1

ひとこと要約

本研究では、赤方偏移 z ≈ 6.8 および z = 7.5 の2つの高赤方偏移ライマンブレイク銀河におけるダスト放射およびUV減光を、深さのあるIRAM PdBIおよびALMA観測を用いて制限した。[CII]およびダスト連続スペクトルの非検出にもかかわらず、データは赤外線発光量（LIR < 8.1×10¹⁰ L⊙）、ダスト質量（Md < 1.6×10⁷ M⊙）、および星形成率についてきつい上限値を設定した。これらはCalzettiのIRX–β関係と整合的であり、星の質量に対して予想されるよりも低いUV減光を示している。

ABSTRACT

Context. Determining the dust properties and UV attenuation of distant star-forming galaxies is of great interest for our unders tanding of galaxy formation and cosmic star formation in the early Universe. However, few direct measurements exist so far. Aims. To shed new light on these questions we have targeted two recently discovered Lyman break galaxies (LBGs) at z≈ 6.8 and z = 7.508 to search for dust continuum and [Cii]λ158µm line emission. Methods. The strongly lensed z≈ 6.8 LBG A1703-zD1 behind the galaxy cluster Abell 1703, and the spectroscopically confirmed z = 7.508 LBG z8-GND-5296 in the GOODS-N field have been observed with the Plateau de Bure interferometric (PdBI) observations at 1.2mm. These observations have been combined with those of three z> 6.5 Lyα emitters (named HCM6A, Himiko, and IOK-1), for which deep measurements were recently obtained with the PdBI and ALMA. Results. [Cii] is undetected in both galaxies, providing a deep upper limit of L[CII] < 2.8× 10 7 L⊙ for A1703-zD1, comparable to the non-detections of Himiko and IOK-1 with ALMA. Dust continuum emission from A1703-zD1 and z8-GND-5296 is not detected with an rms of 0.12 and 0.16 mJy/beam. From these non-detections and earlier multi-wavelength observations we derive upper limits on their IR luminosity and star formation rate, dust mass, and UV attenuation. Thanks to strong gravitational lensing the achieved limit for A1703-zD1 is comparable to those achieved with ALMA, probing the sub-LIRG regime (LIR< 8.1× 10 10 L⊙) and very low dust masses (Md< 1.6× 10 7 M⊙). We find that all five galaxies are compatible with the Calzet ti IRX‐β relation, their UV attenuation is compatible with several indirect estimates from other methods (the UV slope, extrapolation of the attenuation measured from the IR/UV ratio at lower redshift, and SED fits), and the dust-to-ste llar mass ratio is not incompatible with that of galaxies fro m z = 0 to 3. For their stellar mass the high-z galaxies studied here have an attenuation below the one expected from the mean relation of low redshift (z< 1.5) galaxies. Conclusions. More and deeper (sub)-mm data are clearly needed to directly determine the UV attenuation and dust content of the dominant population of high-z distant star-forming galaxies and to establish more firmly t heir dependence on stellar mass, redshift, and other properties.

研究の動機と目的

• z ≈ 6.5–7.5 の高赤方偏移星形成銀河におけるダスト特性およびUV減光を直接測定すること。この領域ではこのようなデータが極めて乏しい。
• 初期宇宙における間接的UV減光推定（例：UV傾きやIR/UV比）の信頼性を評価すること。
• 高赤方偏移銀河が、局所および中赤方偏移銀河と同様のダスト質量対星の質量関係に従っているかどうかを評価すること。
• 観測された[CII]およびダスト連続スペクトルの非検出が、初期の星形成銀河に対する理論的期待と整合しているかどうかを検証すること。

提案手法

• プレート・ド・ブール干渉計（PdBI）を用いて、赤方偏移 z ≈ 6.8 および z = 7.508 の強力にレンズ効果を受ける2つのライマンブレイク銀河について、1.2 mm連続スペクトルおよび[CII]λ158µm線観測を実施した。
• 3つの追加の z > 6.5 ライアンエミッタ（HCM6A、Himiko、IOK-1）の深さのあるALMAおよびPdBI観測データと統合し、感度および統計的パワーを向上させた。
• [CII]およびダスト連続スペクトルの非検出をもとに、多波長SEDモデリングを用いて赤外線発光量、ダスト質量、星形成率の上限値を導出した。
• CalzettiのIRX–β関係を適用し、観測されたUV減光を理論的期待と比較し、赤方偏移にわたる整合性を評価した。
• A1703-zD1における強い重力レンズ効果を活用し、sub-LIRG感度（LIR < 8.1×10¹⁰ L⊙）および低ダスト質量上限（Md < 1.6×10⁷ M⊙）を達成した。
• ダスト質量対星の質量比を評価し、z = 0 から 3 の銀河と比較して進化の傾向を検証した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 1.2 mmでの非検出に基づき、赤方偏移 z ≈ 6.8 および z = 7.508 のライマンブレイク銀河におけるダスト質量および赤外線発光量の上限は何か？
• RQ2 これらの高赤方偏移銀河のUV減光特性は、CalzettiのIRX–β関係およびUV傾きやIR/UV比からの間接的推定とどのように比較できるか？
• RQ3 これらの高赤方偏移銀河のダスト質量対星の質量比は、z = 0 から 3 の銀河で観測されたものと整合的か？
• RQ4 A1703-zD1およびz8-GND-5296における[CII]非検出は、同様の銀河に対するALMAデータからの期待とどの程度整合しているか？
• RQ5 これらの銀河の観測されたUV減光は、星の質量に対して予想される値よりも、低赤方偏移（z < 1.5）銀河と比較して低いか？

主な発見

• A1703-zD1およびz8-GND-5296の両方で[CII]線は非検出であり、A1703-zD1の深さのある上限は L[CII] < 2.8×10⁷ L⊙ であった。
• 両銀河におけるダスト連続スペクトルは検出されず、1σのrmsはA1703-zD1で0.12 mJy/beam、z8-GND-5296で0.16 mJy/beamであった。
• 赤外線発光量の上限は LIR < 8.1×10¹⁰ L⊙ であり、銀河はsub-LIRG領域に位置づけられ、ダスト質量は Md < 1.6×10⁷ M⊙ に制限された。
• HCM6A、Himiko、IOK-1を含む5つの観測銀河すべてがCalzettiのIRX–β関係と整合的であり、妥当なUV減光行動を示している。
• 高赤方偏移銀河のUV減光は、星の質量に対して低赤方偏移（z < 1.5）銀河の平均関係から予想される値よりも低かった。
• これらの高赤方偏移銀河のダスト質量対星の質量比は、z = 0 から 3 の銀河と矛盾しないことから、ダスト含有量のトレンドに継続性があると考えられる。