[論文レビュー] Spectroscopy of Ultra--Steep Spectrum Radio Sources: A Sample of z>2 Radio Galaxies

H. J. A. Röttgering, R. van Ojik+4 more|arXiv (Cornell University)|Aug 12, 1996

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena被引用数 4

ひとこと要約

本研究では、64個の超急勾配スペクトル（USS）電波銀河の分光観測を報告し、そのうち29個がz > 2に位置し、3個がz = 3を超えることを特定した。著者らは、より急勾配の電波スペクトルと高い赤方偏移との強い相関を発見し、リスフレーム換算等価幅が最大1000 Åに達するまでLyα発光が支配的であることを確認した。これは中心源による光電離を示唆している。Lyαとより高いイオン化度の線（最大1000 km s⁻¹）との間のドップラー速度シフトは、関連するH I吸収によるものと考えられるが、力学的効果や遮蔽効果も一部の源では寄与している可能性がある。

ABSTRACT

We present spectroscopic observations for 64 radio galaxies having ultra steep radio spectra. Twenty-nine objects have redshifts $z>2$, the largest redshifts being almost 4. Our ultra steep spectrum (USS) criterion ($\alpha < -1$) has proven to be the most efficient way of finding distant radio galaxies. We find that even among the USS sources, there is a strong statistical correlation between the spectral index and redshift. The most distant radio galaxies within the USS sample have the steepest radio spectra. In our sample there are 3 radio galaxies at $z>3$ compared with 26 at $2 < z < 3$. However, the present data do not allow us to decide whether there is a decrease in co-moving source density at the highest redshifts. We have analyzed the spectra of the 30 objects with the highest redshifts ($z>1.9$). For these high redshift radio galaxies, Ly$\alpha$ is almost always the dominant emission line, with a rest frame equivalent width ranging from $\sim100$ \AA\ to more than 1000 \AA. The equivalent widths of the most important emission lines (Ly$\alpha$, C\,{\small IV}, He\,{\small II}, C\,{\small III}]) are found to correlate strongly with each other. The large rest frame equivalent widths and the correlation between the equivalent widths of the emission lines, confirm that photoionization by a central continuum source is most likely the dominant ionization mechanism. There are significant velocity differences between the various emission lines of our high redshift radio galaxies; in particular the Ly$\alpha$ line is shifted with respect to the higher ionization lines. Velocity shifts range from 100 to almost 1000 km s$^{-1}$ in some cases. Simulations show that the effects of associated H\,{\small I} absorption on the Ly$\alpha$ emission line may be

研究の動機と目的

• 超急勾配スペクトル（USS）選択法を用いて高赤方偏移電波銀河を特定・特徴づけること。
• USS基準（α < −1）がz > 2の電波銀河を効率的に発見できるかを評価すること。
• 高赤方偏移電波銀河（HZRG）における発光線の性質、特にLyαの分析を行うこと。
• Lyαとより高いイオン化度の発光線との間の速度シフトの原因を調査すること。
• z > 3におけるUSS電波銀河の共動的源密度を評価し、進化の有無を検証すること。

提案手法

• レイデン中等フラックスコンプリメンタリー集と4Cサンプルから、超急勾配スペクトル基準（α < −1）を用いて64個の電波源を選択した。
• 高解像度VLA画像（1.5′′）を用いて、光学的対応体の正確な位置を取得した。
• 2m望遠鏡を用いたRバンドCCD画像撮影により、光学的対応体を確認した。
• 4mクラス望遠鏡を用いた低分解能分光観測により、赤方偏移と発光線の性質を測定した。
• スペクトル解析を実施し、赤方偏移、リスフレーム換算等価幅、発光線間の速度シフトを決定した。
• H I吸収の効果がLyαプロファイルに与える影響をシミュレーションし、観測された速度シフトに果たす役割を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 超急勾配スペクトル基準（α < −1）は、高赤方偏移電波銀河を特定する効率的な手法であるか？
• RQ2 USS源において、電波スペクトル指数と赤方偏移との相関は何か？
• RQ3 高赤方偏移電波銀河における、Lyαとより高いイオン化度の発光線（例：C IV, He II）との間の観測された速度シフトの原因は何か？
• RQ4 中心連続スペクトル源による光電離が、これらの系において支配的なイオン化機構であるか？
• RQ5 z > 3における共動的源密度の低下の証拠はあるか？

主な発見

• USS基準（α < −1）は、高赤方偏移電波銀河を特定するのに極めて効率的であり、64個中29個がz > 2に位置している。
• より急勾配の電波スペクトルと高い赤方偏移との間には強い統計的相関が存在し、最も遠方の源（z ≈ 3.8）は最も急勾配のスペクトルを示している。
• 高赤方偏移電波銀河（z > 1.9）においてLyαが支配的発光線であり、リスフレーム換算等価幅は約100 Åから1000 Åを超える範囲に達する。
• Lyα、C IV、He II、C III]の等価幅は強く相関しており、中心連続スペクトル源による光電離が支配的なイオン化機構であることを支持する。
• 顕著な速度シフト（100–1000 km s⁻¹）が観測され、主にLyαがより高いイオン化度の線に対してシフトしている。これは関連するH I吸収系の効果に一致する。
• 他のメカニズム（例：吹き出しや遮蔽）も一部の源では寄与している可能性があるが、H I吸収が最も可能性の高い支配的要因である。