[論文レビュー] The Building the Bridge survey for z=3 Ly-alpha emitting galaxies I: method and first results

J. P. U. Fynbo, C. Ledoux+3 more|ArXiv.org|May 15, 2003

Astronomy and Astrophysical Research被引用数 58

ひとこと要約

本研究は、Lyman-breakスクリーニングの連続的フラックス限界R=25.5未満の微弱な高赤方偏移銀河を検出するため、z≈3におけるLyα発光に中心を置いた狭帯域画像法を用いたBuilding the Bridge調査の最初の結果を提示する。QSO周辺のz=2.85およびz=3.15における中間的damped Lyα吸収体を標的とすることで、64個のLyα発光体候補（85%がR=25.5未満）を同定し、それぞれ82%および68%のスペクトロスコピック確認率を達成した。特にz=3.15の吸収体の周辺に確認された銀河の強い集積は、『パンキーケイ』型の分布と整合する大規模構造を示している。

ABSTRACT

We present the first results of an observational programme at the ESO Very Large Telescope aimed at detecting a large sample of high-redshift galaxies fainter than the current spectroscopic limit of R=25.5 for Lyman-Break galaxies. In this paper, we describe the results of deep narrow and broad-band imaging and subsequent follow-up multi-object spectroscopy of faint high-redshift galaxies in the fields of the BRI1346-0322 and Q2138-4427. These QSOs have intervening absorbers, at redshifts z=2.85 and z=3.15 respectively, for which redshifted Ly-alpha emission falls within less than a few AA from the central wavelengths of existing VLT (~60 AA wide) narrow-band filters. We selected 37 and 27 candidate emission-line galaxies in the two fields respectively. About 85% of the candidates have R-band magnitudes fainter than R=25.5. The first spectroscopic follow-up of a sub-sample of the candidates resulted in 41 confirmed candidates and 4 foreground galaxies (three [OII] emitters and one CIV emitter). The confirmation rate is 82% and 68% in the field of BRI1346-0322 and Q2138-4427 respectively. In addition, we serendipitously detect a number of other emission-line sources on some of the slitlets not used for candidates. Of these, 9 are also most likely Ly-alpha emitters with redshifts ranging from 1.98 to 3.47. The redshift distribution of confirmed candidates in the field of BRI1346-0322 is consistent with being drawn from a uniform distribution weighted by the filter response curve, whereas the galaxies in the field of Q2138-4427 have redshifts clustering very close to the redshift of the damped Ly-alpha absorber. This latter fact indicates the existence of a large `pancake'-like structure confirming the earlier suggestions of Francis & Hewitt (1993).

研究の動機と目的

• Lyman-break銀河（LBGs）の現在のR=25.5のスペクトロスコピック限界未満の高赤方偏移銀河を検出することで、damped Lyα吸収体（DLAs）とLBGsの間のギャップを埋める。
• 狭帯域Lyα画像法を用いて、微弱で高赤方偏移の銀河の性質（特に形態、星形成率、集積、連続スペクトル色）を調査する。
• 中間的damped Lyα吸収体を有するQSO領域を用いて既知の高赤方偏移構造に観測をアンカーリングし、空洞を観測するリスクを低減する。
• Lyα発光が、約70%の静止系Rバンド放射が発せられるz≈3銀河の明るさ関数の微弱な端を効率的に探査できるかを検証する。

提案手法

• ESOのVery Large TelescopeでVLT FORS2を用いた深さのある狭帯域画像法。赤方偏移したLyα発光（z≈3）に合わせ、既存の約60 Å幅の狭帯域フィルタの中心波長を基準とする。
• 広帯域Rバンド画像と比較して狭帯域画像における過剰なフラックスを基にLyα発光体候補を特定。有意水準は3σ。
• VLTを用いたマルチオブジェクトスペクトロスコピーで候補を確認し、赤方偏移を測定。スライトレットは、QSO BRI 1346−0322およびQ 2138−4427の領域における37および27個の候補を標的に設計。
• z=2.85およびz=3.15のQSO吸収体を赤方偏移アンカーとして用い、標的赤方偏移がフィルタ応答曲線内に収まるようにする。
• スペクトル解析により、強いLyα発光ラインを特徴とするLyα発光体を同定。また、[O II]やC IV発光体など、偶然発見された他の発光ライン源も検出。
• H₀=65 km s⁻¹ Mpc⁻¹、Ωₘ=0.3、ΩΛ=0.7を用いた宇宙論的モデル化により、標的赤方偏移における距離モジュラスおよび距離を計算。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 狭帯域画像法は、Lyman-break銀河の現在のR=25.5のスペクトロスコピック限界未満の高赤方偏移Lyα発光銀河を検出可能か？
• RQ2 既知の高赤方偏移吸収体にアンカーリングされた領域における、狭帯域画像法で選別されたLyα発光体候補の確認率はいかほどか？
• RQ3 確認されたLyα発光体の空間的分布は、中間的damped Lyα吸収体の赤方偏移と相関を示すか？これは大規模構造を示唆するか？
• RQ4 明るいLyman-break銀河と比較して、微弱なLyα発光体（例：明るさ、形態、集積）の性質はどのように異なるか？
• RQ5 z≈3における全星形成および銀河間媒体の金属豊度上昇のうち、R=25.5未満の銀河が占める割合はどの程度か？

主な発見

• BRI 1346−0322のQSO領域では37個、Q 2138−4427の領域では27個のLyα発光体候補を同定。候補の85%がR=25.5未満のRバンド等級であった。
• スペクトロスコピック追跡観測で41個のLyα発光体が確認された（BRI 1346−0322で82%の確認率、Q 2138−4427で68%）。加えて、前方の発光ライン銀河が4個（[O II]発光体3個、C IV発光体1個）も同定された。
• BRI 1346−0322領域における確認済みLyα発光体の赤方偏移分布は、フィルタ応答曲線に重み付けされた一様分布と整合的であった。
• Q 2138−4427領域では、damped Lyα吸収体の赤方偏移z=3.15付近に確認済みLyα発光体が強く集積しており、『パンキーケイ』型の大規模構造を示している。
• 使用されなかったスライトレットで、赤方偏移1.98〜3.47の9個の追加Lyα発光体が偶然発見された。これは、微弱で高赤方偏移の天体を効率的に探査できる手法の感度を裏付けている。
• z=3.15の吸収体周辺に銀河の過密度が存在することを支持する結果であり、以前の理論的予測である拡張的でフィラメント状の構造と整合的である。