[論文レビュー] Proximate Molecular Quasar Absorbers: Excess of damped H2 systems at zabs~zQSO in SDSS DR14

P. Noterdaeme, S. A. Balashev+5 more|arXiv (Cornell University)|May 6, 2019

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 70被引用数 5

ひとこと要約

本研究では、SDSS DR14のクェเซア周辺約1000 km s⁻¹以内に81の減衰H₂吸収系を同定した。これは、中間的吸収系と比較して、近接H₂吸収系が4–5倍多いことを示している。半数の系でLy-α発光漏れが観測されたことから、クェセアの主星系またはグループ環境に関連する可能性の高い、密で小型の雲であると示唆される。H₂励起状態は、UV放射場と密度の制約におけるデゲネラシーを解消するのに役立つ。

ABSTRACT

We present results from a search for strong H2 absorption systems proximate to quasars (zabs~zem) in the Sloan Digital Sky Survey (SDSS) Data Release 14. The search is based on the Lyman-Werner band signature of damped H2 absorption lines without any prior on the associated metal or neutral hydrogen content. This has resulted in the detection of 81 systems with log N(H2)~19-20 located within a few thousand km/s from the quasar. Compared to a control sample of intervening systems, this implies an excess of proximate H2 systems by about a factor of 4 to 5. The incidence of H2 systems increases steeply with decreasing relative velocity, reaching an order of magnitude higher than expected from intervening statistics at Delta_v<1000 km/s. The most striking feature of the proximate systems compared to the intervening ones is the presence of Ly-alpha emission in the core of the associated damped HI absorption line in about half of the sample. This puts constraints on the relative projected sizes of the absorbing clouds to those of the quasar line emitting regions. Using the SDSS spectra, we estimate the HI, metal and dust content of the systems, which are found to have typical metallicities of one tenth Solar, albeit with a large spread among individual systems. We observe trends between the fraction of leaking Ly-alpha emission and the relative absorber-quasar velocity as well as with the excitation of several metal species, similar to what has been seen in metal-selected proximate DLAs. With the help of theoretical HI-H2 transition relations, we show that the presence of H2 helps to break the degeneracy between density and strength of the UV field as main sources of excitation and hence provides unique constraints on the possible origin and location of the absorbing clouds. We suggest that most of these systems originate from galaxies in the quasar group. [truncated]

研究の動機と目的

• クェセアの赤方偏移（z_abs ≈ z_QSO）に近接するダムプドH₂吸収系の発生頻度と性質を調査し、クェセアとの空間的・運動的関係を明らかにすること。
• 近接H₂系が中間的DLAと比較して金属量、チリ含量、励起状態にどのように異なるかを特定すること。
• H₂励起状態とLy-α発光漏れを診断指標として用いて、これらの系の起源と物理的状態を評価すること。
• H₂含有量とH i–H₂転移理論を用いて、雲の密度、クェセアからの距離、および潜在的なフィードバック効果を制約すること。
• AGNフィードバックがクェセア環境におけるH₂を含む雲の形成と存続に果たす役割を探索すること。

提案手法

• SDSS DR14クェセアスペクトルにおけるライマン＝ヴェルナー帯の特徴を用いて、金属量やH i含有量に関する事前の仮定なしに、H₂吸収のブラインドサーチを実施した。
• クェセア赤方偏移からの相対速度Δv < 3000 km s⁻¹の範囲内で、N(H₂) ≈ 10¹⁹–10²⁰ cm⁻²の81の近接H₂系を同定した。
• 近接系の発生頻度を制御サンプルとしての中間的DLAと比較し、過剰度と速度依存性を定量化した。
• 吸収線プロファイルからH iの柱密度、金属量、チリ減光、および微細構造線（例：Si ii, C ii）の励起状態を測定した。
• 理論的H i–H₂転移関係（Sternberg et al. 2014）を用いて、H₂含有量に基づき雲の密度とクェセアからの距離を推定した。
• クェセアの発光線領域を吸収体が部分的に覆っていることの指標として、Ly-α発光漏れ率を分析した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 クェセアの直近（Δv < 3000 km s⁻¹）に存在するダムプドH₂吸収系の発生頻度は、中間的系と比べてどの程度か？
• RQ2 H i吸収線の核部に観測されたLy-α発光漏れは、吸収雲のサイズと幾何学的形状にどのような制約を課えるか？
• RQ3 近接H₂系の典型的な金属量、チリ含量、励起状態は何か？ これらは中間的DLAとどのように異なるか？
• RQ4 H₂励起状態のデータは、吸収雲内のUV放射場強度とガス密度のデゲネラシーを解消できるか？
• RQ5 物理的診断指標に基づくと、近接H₂系の起源はクェセア主星系、グループ銀河、あるいは噴出・降着ガスのいずれに由来する可能性が高いか？

主な発見

• クェセア周辺Δv < 3000 km s⁻¹の範囲で、N(H₂) ≈ 10¹⁹–10²⁰ cm⁻²の近接H₂系が中間的系と比較して4–5倍の過剰が確認された。
• H₂系の発生頻度は相対速度が低下するにつれて急激に増加し、Δv < 1000 km s⁻¹では予想値の10倍に達する。
• 近接H₂系の約50％が、クェセアの発光線領域を部分的に覆っていることを示すLy-α発光漏れの痕跡を示している。
• 近接系は典型的に金属量が約0.1太陽系相当であり、広い分散を示し、Si iiおよびC ii微細構造線の励起状態が強化されている。
• H₂励起状態のデータは、UV放射場強度とガス密度のデゲネラシーを解消するのに役立ち、クェセアに近接する雲ではH₂を形成するためには高密度（n_H ~ 10⁴–10⁵ cm⁻³）を要することが示唆された。
• 大多数の系はクェセアグループ内の銀河に関連していると考えられるが、少数の系はクェセア主星系、または噴出・降着ガス由来の可能性もある。