[論文レビュー] Rest-Frame Ultraviolet Spectra of z~3 Lyman Break Galaxies

Alice E. Shapley, Charles C. Steidel+2 more|ArXiv.org|Jan 13, 2003

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 69被引用数 797

ひとこと要約

本研究では、ほぼ1,000個のz~3のライマンブレイク銀河（LBGs）のrest-frame UVスペクトルを体系的に分析し、高SN比の合成スペクトルを用いて、スペクトル特徴と銀河性質の相関を明らかにした。主な発見は、Lyα線の強度、UV傾き、および流出ガスの速度構造が、中性ガスの覆い率と密接に関連していることである。高イオン化線およびネバラル発光は、H II領域の金属量と温度の違いを示している。

ABSTRACT

We present the results of a systematic study of the rest-frame UV spectroscopic properties of Lyman Break Galaxies (LBGs). The database of almost 1000 LBG spectra proves useful for constructing high S/N composite spectra. The composite spectrum of the entire sample reveals a wealth of features attributable to hot stars, HII regions, dust, and outflowing neutral and ionized gas. By grouping the database according to galaxy parameters such as Lyman-alpha equivalent width, UV spectral slope, and interstellar kinematics, we isolate some of the major trends in LBG spectra which are least compromised by selection effects. We find that LBGs with stronger Lyman-alpha emission have bluer UV continua, weaker low-ionization interstellar absorption lines, smaller kinematic offsets between Lyman-alpha and the interstellar absorption lines, and lower star-formation rates. There is a decoupling between the dependence of low- and high-ionization outflow features on other spectral properties. Most of the above trends can be explained in terms of the properties of the large-scale outflows seen in LBGs. According to this scenario, the appearance of LBG spectra is determined by a combination of the covering fraction of outflowing neutral gas which contains dust, and the range of velocities over which this gas is absorbing. Higher sensitivity and spectral resolution observations are still required for a full understanding of the covering fraction and velocity dispersion of the outflowing neutral gas in LBGs, and its relationship to the escape fraction of Lyman continuum radiation in galaxies at z~3.

研究の動機と目的

• 高赤方偏移におけるライマンブレイク銀河（LBGs）のrest-frame UVスペクトルの多様性を引き起こす物理的要因を理解すること。
• 観測的選択効果にほとんど影響を受けないLBGのスペクトル的傾向を分離すること。
• 特にLyman連続体の脱出に関連して、流出がUVスペクトル特徴をどのように形作るかを調査すること。
• ネバラル発光ラインと金属量やH II領域温度といった内在的性質との関連を評価すること。
• 現在のデータの限界を特定し、ガス覆い率およびLyman連続体脱出を解明するための今後の重要な観測を定義すること。

提案手法

• 990個のスロットスペクトルで確認されたz~3 LBGのサンプルから、高SN比の合成スペクトルを構築した。
• Lyα等価幅、UVスペクトル傾き、星間吸収の運動学的特徴、Lyα発光の赤方偏移オフセットといった主要パラメータでスペクトルをグループ化した。
• 低・高イオン化線の吸収特徴とネバラルおよびLyα発光ラインの分析により、ガスの覆い率、速度構造、ダストによる赤化を推定した。
• Keck観測所の高分解能データを用いて、速度プロファイルをモデル化し、飽和吸収成分を検出した。
• 異なるサブサンプルの合成スペクトルを比較することで、選択バイアスに依存しない傾向を特定した。
• スペクトル分解技術を応用し、流出する中性ガスの覆い率と速度分散を推定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 z~3 LBGのrest-frame UVスペクトル特性は、Lyα等価幅およびUV連続スペクトル傾きとどのように相関しているか？
• RQ2 LBGsにおける星間吸収の運動学的特徴とLyα発光の関係は何か？
• RQ3 流出する中性ガスの覆い率と速度構造は、UVスペクトルの外観にどのように影響を与えるか？
• RQ4 高イオン化線およびネバラル発光ラインは、H II領域の温度や金属量といった内在的性質をどの程度反映しているか？
• RQ5 観測されたスペクトル特徴は、高赤方偏移銀河におけるLyman連続体放射の脱出率にどのような含意を持つか？

主な発見

• Lyα発光が強いLBGsは、ブルーに近いUV連続スペクトル、弱い低イオン化星間吸収ライン、Lyαと吸収特徴の間の小さな運動学的オフセット、および低い星形成率を示す。
• rest-frame Lyα等価幅が≥20 Åの銀河は、全体のサンプルと比較して、高イオン化線が弱く、顕著に強いネバラル発光ラインを示す。
• 低イオン化および高イオン化流出特徴がスペクトル特性に与える依存性は分離されており、別個の物理的メカニズムまたはガス相を示唆している。
• 衝突励起ネバラル発光ラインの強度は、流出幾何学的構造に直接影響されないため、H II領域の温度および金属量に敏感であると考えられる。
• Lyman連続体サンプルの合成スペクトルは、全LBGサンプルと類似しているが、ダストによる赤化が小さい（⟨E(B-V)⟩ = 0.07 vs. 0.13）ため、潜在的な選択バイアスがあると示唆される。
• Q0000-D6では、透過率がゼロである飽和した高イオン化線の存在から、中性ガスの覆い率が非常に高いことが示され、Lyman連続体の脱出が最小限である可能性を示唆している。