[論文レビュー] The Building the Bridge survey for z=3 Ly-alpha emitting galaxies II: Completion of the survey

L. F. Grove, J. P. U. Fynbo+5 more|arXiv (Cornell University)|Jan 24, 2009

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 1被引用数 19

ひとこと要約

本研究は、中間赤方偏移 z≈3 のLyman-alpha発光星銀河（LAEs）を、QSOに中間赤方偏移の吸収体を有する領域で狭帯域画像法を用いて検出することで、Building the Bridge調査を完了した。表面密度は約10 LAEs/平方弧分/単位赤方偏移に一致しており、発光関数のきつい明るさの下端勾配を確認し、高赤方偏移におけるUV放射およびイオン化光子の予備的支配的寄与を示している。

ABSTRACT

(Abridged). We aim at bridging the gap between absorption selected and emission selected galaxies at z~3 by probing the faint end of the luminosity function of star-forming galaxies at z~3. We have performed narrow-band imaging in three fields with intervening QSO absorbers (a damped Ly$α$ absorber and two Lyman-limit systems) using the VLT. We target Ly-alpha at redshifts 2.85, 3.15 and 3.20. We find a consistent surface density of about 10 Ly-alpha-emitters per square arcmin per unit redshift in all three fields down to our detection limit of about 3x10^41 ergs s^-1. The luminosity function is consistent with what has been found by other surveys at similar redshifts. About 85% of the sources are fainter than the canonical limit of R=25.5 for most Lyman-break galaxy surveys. In none of the three fields do we detect the emission counterparts of the QSO absorbers. In particular we do not detect the counterpart of the z=2.85 damped Ly-alpha absorber towards Q2138-4427. Narrow-band surveys for Ly-alpha emitters are excellent to probe the faint end of the luminosity function at z~3. There is a very high surface density of this class of objects. This is consistent with a very steep slope of the faint end of the luminosity function as has been inferred by other studies. This faint population of galaxies is playing a central role in the early Universe. There is evidence that this population is dominating the integrated star-formation activity, responsible for the bulk of the ionizing photons at z~3 and likely also responsible for the bulk of the enrichment of the intergalactic medium.

研究の動機と目的

• z≈3における吸収体選択星銀河（例：DLAs）と発光体選択星銀河（例：LBGs）の間のギャップを埋める。
• LAEの発光関数のきつい明るさ下端を、Lya発光星銀河の狭帯域画像法を用いて調査する。
• QSOに既知の吸収体を有する領域で、ダムプドLya吸収体（DLAs）の銀河同等体を探索する。
• 初期宇宙における再イオン化や金属豊度の上昇といったプロセスにおいて、きついLya発光星銀河が果たす役割を評価する。
• z≈3におけるLAEの発光関数が他の調査や理論的予測と整合するかどうかを特定する。

提案手法

• VLTを用いて、DLAまたはLya限界吸収体を有するQSOを対象に、z=2.85、3.15、3.20でのLya発光を標的とした狭帯域画像法を実施した。
• Lya発光ラインに中心を置いた深さのある狭帯域フィルターを用い、z≈3におけるきつい星形成星銀河を検出した。
• Q2138-4427、BRI 1346-0322、BRI 1202-0725の3領域のデータを統合し、LAEの発光関数を導出した。
• 候補天体に対してスペクトロスコピック追従観測を実施し、Lya発光の確認と誤検出の除外を実施した。
• 宇宙論的パラメータとして H₀=70 km s⁻¹ Mpc⁻¹、Ωₘ=0.3、ΩΛ=0.7 を使用し、AB等級を全般に用いた。
• 結果を既存の調査およびGRB宿主銀河の発光度と比較し、きつい下端勾配および宇宙の星形成率の評価を実施した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 中間赤方偏移のQSO吸収体を有する領域における、z≈3におけるLya発光星銀河の表面密度および発光関数は何か？
• RQ2 ダムプドLya吸収体（DLAs）の銀河同等体は、z≈3でLya発光星銀河として現れるか？
• RQ3 LAEの発光関数のきつい下端勾配は、他の調査や理論的モデルと比較してどう異なるか？
• RQ4 きついLya発光星銀河が初期宇宙におけるUVおよびイオン化光子の予備的支配的寄与を占める程度はどの程度か？
• RQ5 DLA同等体の検出不能は、低金属量または固有のきつい明るさに起因する可能性があるか？

主な発見

• 本調査は、3領域すべてで一貫した表面密度（約10 LAEs/平方弧分/単位赤方偏移）を検出した。
• z≈3におけるLAEの発光関数は、以前の調査と整合しており、きついきつい下端勾配を示している。
• 検出されたLya発光星銀河の約85%が、Lyaブレイク星銀河調査の一般的な感度限界（R=25.5）未満の明るさである。
• Q2138-4427のz=2.85 DLAに対しては、Lya発光同等体が検出されなかった。これは、DLA銀河がLya発光星銀河でないか、または調査の感度限界以下である可能性を示唆している。
• 結果は、きついLya発光星銀河が統合星形成率を支配し、z≳3における主なイオン化光子源であるという仮説を支持している。
• DLA同等体の非検出は、その低金属量（[Zn/H]≈−1.74）と整合しており、Lya発光による検出可能性を低下させる可能性がある。