[論文レビュー] Profiles of Lyman\alpha\ Emission Lines

Takatoshi Yamada, Yuichi Matsuda+4 more|arXiv (Cornell University)|Mar 16, 2012

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 44被引用数 41

ひとこと要約

本研究では、z = 3.1 の 91 個のライマンアルファ発光体について高分解能分光測定を実施し、約 50% が二重ピーク型のライマンアルファ線幅を示し、そのうち赤方偏移ピークが支配的であることが判明した。ピークの非対称性と速度幅の相関から、孤立した成分ではなく、拡張する中性水素シェル内での散乱が原因であることが示唆され、ライマンアルファ発光は若年でバースト型の星形成に起因するガスの噴流と中性ガス吸収の影響を受けて形成されていることが判明した。

ABSTRACT

We present the results of the observations of the Ly\alpha\ line profiles of 91 emission-line galaxies at z=3.1 with the spectral resolution of \lambda/\delta\lambda (FWHM) = 1700, or 180 km/s. A significant fraction, ~50% of the observed objects show the characteristic double peaks in their Ly\alpha profile. The red peak is much stronger than the blue one for most of the cases. The red peaks themselves also show weak but significant asymmetry and their widths are correlated with the velocity separation of the red and the blue peaks, which implies that the peaks are not isolated multiple components with different velocities but the parts of the single line which is modified by the absorption and/or scattering by the associated neutral hydrogen gas. The characteristic profile can be naturally explained by the scattering in the expanding shell of neutral hydrogen surrounding the Ly\alpha\ emitting region while the attenuation by the inter-galactic medium should also be considered. Our results suggest that the star-formation in these Ly\alpha\ emitters are dominated by the young burst-like events which produce the intrinsic Ly\alpha\ emission as well as the gas outflow.

研究の動機と目的

• 高赤方偏移銀河におけるライマンアルファ発光の物理的起源およびその脱出メカニズムを理解すること。
• 中性水素およびガスの運動学的性質がライマンアルファ線幅に与える影響を調査すること。
• 観測された二重ピーク型線幅が、拡張するシェル内での散乱によるものか、他のメカニズムによるものかを特定すること。
• ライマンアルファ線幅の形状と、明るさ、サイズ、等価幅などの銀河特性との関連を検討すること。
• 大規模構造に沿った銀河間吸収が、観測された線幅特徴を説明できるかを検証すること。

提案手法

• Subaru 8.2m望遠鏡のFOCASを用いて、z = 3.1 のライマンアルファ発光体 91 個を、λ/δλ ≈ 1700（FWHM ≈ 180 km s⁻¹）の分解能で分光観測した。
• NB497 バンドの狭帯域画像を用いて、BV − NB497 > 0.5 または >1.0 の発光体を選別した（明るさの閾値に応じて）。
• 1”幅のスリットから抽出した一次元スペクトルで、波長校正の精度は 0.2 Å 未満であった。
• 複数のガウス成分フィッティングを用いて、線幅の二重ピークおよび吸収特徴を同定した。
• コルモゴロフ＝スミルノフ検定を用いて、線幅形状の分布とサイズ、FWHM、等光度面積、等価幅の分布を比較した。
• 吸収赤方偏移の天球分布をマップ化し、大規模構造との空間的相関を検証した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 z = 3.1 のライマンアルファ発光体の約 50% で観測される二重ピーク型ライマンアルファ線幅の原因は何か？
• RQ2 二重ピークは、異なる速度にある孤立した成分によるものか、運動学的に複雑な媒体内での散乱によるものか？
• RQ3 赤方偏移ピークに観測された非対称性と幅の相関は、拡張する中性水素シェル内での散乱と整合的か？
• RQ4 強い赤方偏移ピークと弱い青方偏移ピークの存在は、高いライマンアルファ等価幅や他の物理的特性と相関するか？
• RQ5 大規模フィラメントに沿った銀河間吸収が、観測された線幅形状を説明できるか？

主な発見

• z = 3.1 の 91 個のライマンアルファ発光体のうち、約 50% が二重ピーク型ライマンアルファ線幅を示し、赤方偏移ピークが青方偏移ピークよりも顕著に強い。
• 赤方偏移ピークには弱いが有意な非対称性が観測され、その幅は赤方偏移ピークと青方偏移ピークの速度差と正の相関を示している。
• ピーク間隔と赤方偏移ピーク幅の相関から、ピークは独立した成分ではなく、一つの散乱線幅の一部であることが示唆される。
• 観測された線幅形状は、中性水素の拡張するシェル内での共鳴散乱が最も適切な説明であり、さらに銀河間媒体による減衰も加わっている。
• 特徴的な二重ピーク型線幅は、高いライマンアルファ等価幅（BV − NB497 > 1.8）を持つ対象で顕著に現れ、若年でバースト型の星形成および強いガスの噴流と関連している可能性を示している。
• 吸収赤方偏移と天球位置との間に空間的相関は認められず、大規模な銀河間吸収が線幅特徴の主因である可能性は排除された。