[論文レビュー] Spectroscopy of i-Dropout Galaxies with an NB921-Band Depression in the Subaru Deep Field

Tohru Nagao, Nobunari Kashikawa+10 more|ArXiv.org|Aug 7, 2005

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 46被引用数 17

ひとこと要約

本研究では、スバル深宇宙領域におけるi′-ドロップアウト銀河のNB921バンドの深さを示すスペクトル観測を通じて、z ≈ 6.03–6.04の2つのリプマンアルファ発光銀河を同定した。主な発見は、NB921バンドの深さが強いリプマンアルファ発光に起因することであり、これにより、このような対象が既知で最も赤方偏移が大きく、等価幅が最大のリプマンアルファ発光銀河に属することが確認された。これは、静止系等価幅が94 Åおよび236 Åに達し、z ≳ 6の領域でスペクトル的に確認された中で最大の値である。

ABSTRACT

We report new spectroscopy of two star-forming galaxies with strong Ly_alpha emission at z=6.03 and z=6.04 in the Subaru Deep Field. These two objects are originally selected as i'-dropouts (i'-z' > 1.5) showing an interesting photometric property, the ``NB921 depression''. The NB921-band (centered at 9196A) magnitude is significantly depressed with respect to the z'-band magnitude. The optical spectra of these two objects exhibit asymmetric emission-lines at lambda_obs ~ 8540A and ~ 8560A, suggesting that these objects are Ly_alpha emitters at z~6. The rest-frame equivalent widths of the Ly_alpha emission of the two objects are 94A and 236A; the latter one is the Ly_alpha emitter with the largest Ly_alpha equivalent width at z > 6 ever spectroscopically confirmed. The spectroscopically measured Ly_alpha fluxes of these two objects are consistent with the interpretation that the NB921 depression is caused by the contribution of the strong Ly_alpha emission to the z'-band flux. Most of the NB921-depressed i'-dropout objects are thought to be strong Ly_alpha emitters at 6.0 < z < 6.5; Galactic L and T dwarfs and NB921-dropout galaxies at z > 6.6 do not dominate the NB921-depressed i'-dropout sample. Thus the NB921-depression method is very useful for finding high-z Ly_alpha emitters with a large Ly_alpha equivalent width over a large redshift range, 6.0 < z < 6.5. Although the broadband-selected sample at z ~ 3 contains only a small fraction of objects with a Ly_alpha equivalent width larger than 100A, the i'-dropout sample of the Subaru Deep Field contains a much larger fraction of such strong Ly_alpha emitters. This may imply a strong evolution of the Ly_alpha equivalent width from z > 6 to z ~ 3.

研究の動機と目的

• スバル深宇宙領域におけるi′-ドロップアウト銀河に観測されたNB921バンドの深さの物理的起源を同定すること。
• NB921バンドが深く、i′-ドロップアウトである銀河の集団が主に高赤方偏移リプマンアルファ発光銀河であるかどうかを特定すること。
• これらの高赤方偏移リプマンアルファ発光銀河の静止系等価幅および星形成率を測定すること。
• z ≈ 6からz ≈ 3にかけてのリプマンアルファ等価幅および星形成性質の進化傾向を調査すること。
• z ≈ 6–6.5における高等価幅リプマンアルファ発光銀河の選別手法としてのNB921バンド深さ法の有効性を評価すること。

提案手法

• スバル深宇宙領域のi′-ドロップアウト銀河を対象に、Keck I望遠鏡のDEIMOS装置を用いたフォローアップスペクトル観測を実施した。
• 赤方偏移されたリプマンアルファ発光ライン（λ_obs ≈ 8540–8560 Å）の検出を光学スペクトル解析により行い、z ≈ 6.03–6.04を示した。
• 観測されたライン輝度と連続スペクトルレベルから、静止系リプマンアルファ等価幅を計算した。
• 星形成率（SFR）は、リプマンアルファ輝度（SFR(Lyα) = 9.1×10⁻⁴³ L(Lyα) M☉ yr⁻¹）およびUV連続スペクトル輝度（SFR(UV) = 1.4×10⁻²⁸ Lν M☉ yr⁻¹）を用いて推定した。
• 吸収散乱の影響および星形成歴の影響を評価するため、SFR(Lyα)とSFR(UV)の比を比較した。
• NB921バンドが深く、i′-ドロップアウトである銀河集団への銀河系L/T矮星および高赤方偏移NB921ドロップアウト銀河の寄与を評価し、汚染要因を除外した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 スバル深宇宙領域におけるi′-ドロップアウト銀河に観測されたNB921バンドの深さの原因は何か？
• RQ2 NB921バンドが深く、i′-ドロップアウトである銀河は、主にz ≈ 6–6.5の高赤方偏移リプマンアルファ発光銀河であるか？
• RQ3 これらのリプマンアルファ発光銀河の静止系等価幅および星形成率は何か？
• RQ4 同程度の赤方偏移において、高等価幅リプマンアルファ発光銀河のSFR(Lyα)/SFR(UV)比は、低等価幅発光銀河と比べてどう異なるか？
• RQ5 i′-ドロップアウト銀河集団に高頻度で高等価幅リプマンアルファ発光銀河が存在することは、z ≈ 6からz ≈ 3にかけてのリプマンアルファ等価幅の進化にどのような示唆をもたらすか？

主な発見

• NB921バンドの深さを示す2つのi′-ドロップアウト銀河が、z = 6.03およびz = 6.04のリプマンアルファ発光銀河としてスペクトル的に確認された。
• リプマンアルファ発光の静止系等価幅は94 Åおよび236 Åであり、後者はz ≳ 6の領域でスペクトル的に確認された中で最大の値である。
• NB921バンドの深さは、主にz′バンドの輝度に寄与する強いリプマンアルファ発光に起因しており、これが光度測定の異常を説明する。
• リプマンアルファ輝度から得られた星形成率は13.4 M☉ yr⁻¹および16.6 M☉ yr⁻¹であり、UV連続スペクトルから得られた値（9.9 M☉ yr⁻¹および4.8 M☉ yr⁻¹）よりも顕著に高い。これはSFR(Lyα)/SFR(UV) > 1を示している。
• SFR(Lyα)/SFR(UV)比が高いため、これらの銀河は若年星形成（<10⁸ yr）であり、標準的な連続的星形成モデルとは異なる可能性がある。
• スバル深宇宙領域のi′-ドロップアウト銀河集団には、z ≈ 3のLBG集団と比較して、高等価幅リプマンアルファ発光銀河（EW₀ > 100 Å）の割合が著しく高い。これは、z ≈ 6からz ≈ 3にかけてリプマンアルファ等価幅が強く進化したことを示唆している。