[論文レビュー] The Ages and Masses of Lyman Alpha Galaxies at Redshift $z\sim 4.5$

Steven L. Finkelstein, James E. Rhoads+3 more|arXiv (Cornell University)|Dec 18, 2006

Astronomy and Astrophysical Research被引用数 66

ひとこと要約

本研究では、MMTの広帯域 photometryを用いて、z ~ 4.5の98個のライマンアルファ銀河の年齢と星形成物質質量を決定した。最高のライマンアルファ等価幅を示す銀河は、初期宇宙で最も若いとされる（平均年齢4 Myr）が、低等価幅の銀河はより古く（40–200 Myr）、年齢の異なる銀河の集団が存在する。星形成物質質量は2×10⁷から2×10⁹ M⊙の範囲であり、ほこりの影響により、古く、ほこりを含む系ではライマンアルファ等価幅が増幅される可能性がある。

ABSTRACT

We examine the stellar populations of a sample of 98 redshift 4.5 Lyman alpha emitting galaxies using their broadband colors derived from deep photometry at the MMT. These galaxies were selected by narrowband excess from the Large Area Lyman Alpha survey. Twenty-two galaxies are detected in two or more of our MMT filters (g', r', i' and z'). By comparing broad and narrowband colors of these galaxies to synthetic colors from stellar population models, we determine their ages and stellar masses. The highest equivalent width objects have an average age of 4 Myr, consistent with ongoing star formation. The lowest EW objects show an age of 40 - 200 Myr, consistent with the expectation that larger numbers of stars are causing low EWs. We found masses ranging from 2e7 solar masses for the youngest objects in the sample to 2e9 solar masses for the oldest. It is possible that dust effects could produce large equivalent widths even in older populations by allowing the Lyman alpha photons to escape, even while the continuum is extinguished, and we present models for this scenario also.

研究の動機と目的

• z ~ 4.5の高赤方偏移ライマンアルファ銀河の星形成物質の性質（特に年齢と質量）を特定すること。
• 合成モデルと観測された広帯域色を比較することで、ほこりがライマンアルファ等価幅をどのように増幅させるかを評価すること。
• ライマンアルファ線を発する銀河において、若い星形成系と、古く、ほこりに影響を受ける系を区別すること。
• ライマンアルファ光子に影響を与えない一方で、連続スペクトルを抑制するほこりの遮断が、観測された高いライマンアルファ等価幅を説明できるかどうかを評価すること。
• 得られた物理的性質を先行研究と比較し、サンプル選択と感度の重要性を評価すること。

提案手法

• 大型領域ライマンアルファ調査から狭帯域過剰により選別された98個のライマンアルファ銀河について、MMT/Megacamを用いて深さのある広帯域photometry（g’, r’, i’, z’）を取得した。
• ライマンアルファ等価幅（EW）に基づいて6つのチャンクにスタックされたphotometricデータを用い、SN比を向上させ、平均色を導出する。
• 年齢、星形成歴（定常および指数関数的減衰）およびほこり減光を変化させた星形成物質モデルからの合成色と、観測された広帯域色（r′−nb, r′−i′）を比較した。
• 色-色図を用いて、ゼロほこり、クラスタ型ほこり、一様なほこりの状況に対応する領域を特定し、ほこりによるライマンアルファ放射の増幅の可能性を評価した。
• 1σ距離指標を用いて、対象の位置がゼロほこり線からの統計的有意性を評価した。
• 特に共鳴散乱の文脈において、クラスタ型と一様なほこり分布のモデル化を通じて、連続スペクトルとライマンアルファ放射へのほこりの影響を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 広帯域photometryから導かれるz ~ 4.5のライマンアルファ銀河の典型的な年齢と星形成物質質量は何か？
• RQ2 クラスタ型のほこり分布が、連続スペクトルを抑制しながら観測されたライマンアルファ等価幅を増幅させることができるか？
• RQ3 これらの銀河の観測された広帯域色は、星形成歴とほこり量が異なる合成モデルとどのように比較されるか？
• RQ4 ライマンアルファ光子に影響を与えない一方で、連続スペクトルを遮断するほこりの効果が、観測された高いライマンアルファ等価幅をどの程度説明できるか？
• RQ5 サンプル内の最も若いライマンアルファ銀河は、継続的な星形成と整合的か？また、他の高赤方偏移銀河調査と比較して質量はどのように異なるか？

主な発見

• 最高のライマンアルファ等価幅を示すサンプル内で最も若い銀河は、平均して4 Myrの年齢であり、継続的な星形成と整合的である。
• 低いライマンアルファ等価幅を示す銀河は、40から200 Myrの年齢であり、進化段階の異なる銀河集団が存在することを示している。
• 星形成物質質量は、最も若い、連続スペクトルが検出されない物体で2×10⁷ M⊙から、最も古い、最低等価幅の系で2×10⁹ M⊙まで変動する。
• 観測された色-色分布は、大多数の対象がゼロほこり線から1.1σ以内に位置しており、個々の対象においてクラスタ型ほこりによる増幅の強い証拠はない。
• スタックされたデータでは、ゼロほこり線からの平均距離が1.17σであり、誤差範囲が小さく、低・中等の等価幅スタックにおいてクラスタ型ほこりの増幅がより確信を持って除外された。
• 本研究は、ほこりが一部の系でライマンアルファ等価幅を増幅させることはあるが、大多数の高等価幅対象は、若い、低質量、活発な星形成を示す銀河によって最もよく説明されると結論づけた。