[論文レビュー] RELICS: Small Lensed $z\geq5.5$ Galaxies Selected as Potential Lyman Continuum Leakers

Chloe Neufeld, Victoria Strait+9 more|arXiv (Cornell University)|Nov 29, 2021

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena被引用数 1

ひとこと要約

本研究は、ハッブル宇宙望遠鏡およびスパイitzer宇宙望遠鏡の画像を用いて、RELICS調査から78個の高赤方偏移（𝑧≥5.5）のレンズ効果を受ける銀河のサイズを測定し、Lenstructionコードとレンズモデルを用いたフォワードモデリングにより、拡大率の補正を施している。多数の有効半径 <200 pc のコンパクトな銀河が同定され、星形成表面密度（ΣSFR > 10 M⊙ yr⁻¹ kpc⁻²）が極めて高い銀河が、リーマン連続体漏れの主な候補として浮き彫りにされた。本研究は、初期銀河の進化および再イオン化の源に関する重要な知見を提供する。

ABSTRACT

We present size measurements of 78 high-redshift ($z\geq 5.5$) galaxy candidates from the Reionisation Lensing Cluster Survey (RELICS). These distant galaxies are well-resolved due to the gravitational lensing power of foreground galaxy clusters, imaged by the Hubble Space Telescope (HST) and the Spitzer Space Telescope. We compute sizes using the forward-modeling code Lenstruction and account for magnification using public lens models. The resulting size-magnitude measurements confirm the existence of many small galaxies with effective radii $R_{ m{eff}}<200$ pc in the early universe, in agreement with previous studies. In addition, we highlight compact and highly star-forming sources with star formation rate surface densities $\Sigma_ ext{SFR}>10M_\odot ext{yr}^{-1} ext{kpc}^{-2}$ as possible Lyman continuum leaking candidates that could be major contributors to the process of reionisation. Future spectroscopic follow-up of these compact galaxies (e.g., with the James Webb Space Telescope) will further clarify their role in reionisation and the physics of early star formation.

研究の動機と目的

• 重力レンズ効果を受ける高赤方偏移銀河（𝑧≥5.5）の物理的サイズを測定し、初期銀河の高分解能分析を可能にする。
• 特に紫外線光度関数のきわめて明るくない端（faint end）を対象として、初期宇宙におけるサイズ-光度関係およびサイズ-質量関係を評価する。
• コンパクトで活発な星形成を示す銀河を、宇宙の再イオン化の源として重要なリーマン連続体漏れの候補として同定する。
• JWST や他の施設によるフォローアップに適した中程度の明るさのレンズ効果を受ける銀河のサンプルを提供する。

提案手法

• RELICSおよびS-RELICS調査におけるハッブル宇宙望遠鏡およびスパイitzer宇宙望遠鏡の深紫外・赤外画像を用いる。
• 公表済みの強いレンズ効果モデルを用いて拡大率を補正しながら、Lenstructionフォワードモデリングコードを適用して銀河サイズを測定する。
• HSTおよびスパイザーの光度測定値を統合し、赤方偏移の光度測定値を導出し、明るさや星形成物質質量などの物理的パラメータを推定する。
• 測定されたサイズとSEDフィッティングから得られた星形成速度を用いて、星形成表面密度（ΣSFR）を計算する。
• コンパクトさと高いΣSFRに基づいてリーマン連続体漏れ候補を同定し、[OIII]+H𝛽発光からの支援的証拠を併記する。
• レンズ効果による拡大率を活用して、通常は暗い高赤方偏移源を高精度で明るくし、詳細なフォローアップを可能にする。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 初期宇宙に存在する高赤方偏移（𝑧≥5.5）銀河の物理的サイズは何か？ また、それらは過去の推定値とどのように比較されるか？
• RQ2 𝑧≥5.5におけるコンパクトで活発な星形成銀河は、リーマン連続体漏れの性質を示しており、再イオン化に主要な貢献をしている可能性があるか？
• RQ3 これらのレンズ効果を受ける銀河のサイズ-明るさ関係およびサイズ-質量関係は、紫外線光度関数のきわめて明るくない端の傾きにどのように関連しているか？
• RQ4 ネーブラー発光（例：[OIII], H𝛽）は、これらのコンパクトな源の中からリーマン連続体漏れ候補を同定するうえでどのような役割を果たすか？
• RQ5 レンズ効果を受ける中程度の明るさの銀河は、将来的なJWSTによるスペクトロスコピー的フォローアップに効果的な標的となり得るか？

主な発見

• 本研究は、𝑧≥5.5で有効半径𝑅eff < 200 pc の多数のコンパクト銀河が存在することを確認した。これは、過去の高赤方偏移サイズ測定と整合的である。
• 多数の銀河が極めて高い星形成表面密度（ΣSFR > 10 M⊙ yr⁻¹ kpc⁻²）を示しており、集中した活発な星形成を示している。
• いくつかのコンパクトで高ΣSFRの銀河は、[OIII]+H𝛽発光が強化されており、リーマン連続体漏れの強力な候補であることが示唆された。
• 本サンプルには、通常のきわめて明るくない端の候補よりも明るい、sub-L*の銀河が含まれており、JWST や他の施設によるフォローアップに最適な標的である。
• レンズ効果による拡大率のおかげで、高精度のサイズ測定が可能となり、検出可能性が向上し、イオン化光子の漏れのスペクトロスコピック的確認の可能性が高まった。
• これらの結果は、コンパクトで活発な星形成銀河が、初期宇宙の再イオン化に支配的な役割を果たしていた可能性を支持する。