[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 5

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実施し、赤方偏移 z > 2 の29個、z > 3 の3個を同定した。結果は、スペクトル指数と赤方偏移の強い相関を確認し、最も遠方の天体が最も急勾配のスペクトルを示していることを示しており、また、リストフレーム換算で1000 Åを超える等価幅を示すLyα発光が支配的であることが判明した。これは、中心源による光電離が主な電離機構であることを示唆している。さらに、発光線間の速度シフトも顕著に観測された。

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 ($α< -1$) 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$α$ is almost always the dominant emission line, with a rest frame equivalent width ranging from $\sim100$ Å to more than 1000 Å. The equivalent widths of the most important emission lines (Ly$α$, 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$α$ 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$α$ emission line may be

研究の動機と目的

• 超高赤方偏移電波銀河を特定・分光的に特徴づけるために、超急勾配スペクトル（USS）選択基準を用いる。
• z > 2 のUSS電波銀河の赤方偏移分布およびスペクトル的性質を調査する。
• 高赤方偏移電波銀河で観測された強い発光線を引き起こす電離機構を特定する。
• 特にLyαと高イオン化線との間の速度オフセットを含む、発光線の運動的構造を検討する。
• 高赤方偏移電波銀河の共動的源密度を評価し、z > 3 における進化の有無を検証する。

提案手法

• 電波調査から高赤方偏移電波銀河を抽出するために、超急勾配スペクトル基準（α < -1）を適用する。
• z > 1.9 の電波銀河 64個に対して光学分光観測を実施する。
• 主要な発光線（Lyα、C IV、He II、C III]）のリストフレーム換算等価幅を測定する。
• 特に高イオン化線に対するLyαの相対的な発光線速度シフトを分析する。
• 関連するH I吸収がLyαプロファイルに与える影響を評価するためのシミュレーションを用いる。
• スペクトル指数、赤方偏移、発光線性質の間の相関を統計的に分析する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 超急勾配スペクトル電波銀河の赤方偏移分布はどのようなものか？ また、スペクトル指数とどのように相関しているか？
• RQ2 高赤方偏移電波銀河で強い発光線を引き起こす主な電離機構は何か？
• RQ3 高赤方偏移電波銀河では、特にLyαの速度が他の発光線とどのように比較されるか？
• RQ4 z > 3 と 2 < z < 3 の電波銀河の間で、発光線性質に顕著な差異があるか？
• RQ5 高赤方偏移電波銀河の共動的数密度は z > 3 で減少するか？

主な発見

• 64個のUSS電波銀河のうち、29個が赤方偏移 z > 2 に属し、最高の赤方偏移は z ≈ 3.9 に近い。
• スペクトル指数と赤方偏移の間には強い統計的相関が存在し、最も遠方の天体が最も急勾配のスペクトル（α < -1）を示している。
• z > 3 の電波銀河は3個、2 < z < 3 の範囲は26個にのぼる。
• 高赤方偏移電波銀河（z > 1.9）では、Lyαが支配的発光線であり、リストフレーム換算等価幅は約100 Å から1000 Å を超える範囲にわたる。
• 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主な電離機構であることを支持する。
• 発光線間で顕著な速度シフトが観測され、一部の天体ではLyαが高イオン化線に対して100〜ほぼ1000 km s⁻¹ のシフトを示している。