[論文レビュー] The ESO UVES Advanced Data Products Quasar Sample - II. Cosmological Evolution of the Neutral Gas Mass Density

Tayyaba Zafar, Céline Péroux+4 more|UWA Profiles and Research Repository (University of Western Australia)|Jul 2, 2013

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 104被引用数 103

ひとこと要約

本研究は、ESO UVES高度データ製品に含まれる122個のクェーサーの偏りのない標本を用い、H i吸収断面積関数 $f_{{\rm H}{\rm I}}(N,z)$ の赤方偏移依存性を、log $N_{{\rm H}{\rm I}} = 19.0$ cm$^{-2}$ まで測定した。その結果、サブ-DLA領域で傾きが平坦化していることが判明した。サブ-DLAは、$1.5 < z < 5.0$ の範囲で、全中性ガス質量密度 $\Omega_{\rm g}$ の8–20%を占め、$\Omega_{\rm g}$ に顕著な赤方偏移依存性は認められなかった。これは、星形成のみでは説明できないガス供給のメカニズムが存在する必要があることを示唆している。

ABSTRACT

Quasar foreground damped absorbers, associated with HI-rich galaxies allow to estimate the neutral gas mass over cosmic time, which is a possible indicator of gas consumption as star formation proceeds. The DLAs and sub-DLAs are believed to contain a large fraction of neutral gas mass in the Universe. In Paper I of the series, we present the results of a search for DLAs and sub-DLAs in the ESO-UVES Advanced Data Products dataset of 250 quasars. Here we use an unbiased sub-sample of sub-DLAs from this dataset. We build a subset of 122 quasars ranging from 1.5

研究の動機と目的

• 高分解能クェーサースペクトルを用いて、サブ-DLAの下限まで H i 吸収断面積関数 $f_{{\rm H}{\rm I}}(N,z)$ の赤方偏移依存性を導出すること。
• サブ-DLAの統計的性質と、$1.5 < z < 5.0$ の範囲における全中性ガス質量密度 $\Omega_{\rm g}$ への寄与を特定すること。
• 過去の研究で矛盾する結果が出ている中、中性ガス質量密度が赤方偏移に依存するかどうかをテストすること。
• サブ-DLAが宇宙のバリオン予算に果たす役割と、銀河進化におけるガス消費と補充のメカニズムに与える影響を評価すること。
• ESO UVES標本と文献に掲載されたサブ-DLAデータを統合し、$\Delta z = 193$ の範囲で、89個のサブ-DLAを含む、信頼性の高い偏りのない標本を構築すること。

提案手法

• ESO UVES高度データ製品から、$1.5 < z_{\rm em} < 5.0$ の赤方偏移を持つ122個のクェーサーの統計的標本を構築し、サブ-DLA検出に偏りのない選択を確保した。
• UVESの高分解能を活用して、H i 吸収断面積 $N_{{\rm H}{\rm I}}$ を高精度に測定し、log $N_{{\rm H}{\rm I}} = 19.0$ cm$^{-2}$ まで検出可能となった。
• ESO UVESのサブ-DLA標本と、文献から得た89個のサブ-DLAを統合し、$\Delta z = 193$ の範囲で合計89個の吸収体を含む統計的分析用の標本を構築した。
• サブ-DLAの数密度と線密度を計算し、LLSおよびDLAと比較することで、赤方偏移依存性を評価した。
• $f_{{\rm H}{\rm I}}(N,z)$ を用いて、サブ-DLAの下限まで統合することで、異なる赤方偏移における中性ガス質量密度 $\Omega_{\rm g}$ を計算した。
• サブ-DLA領域における $f_{{\rm H}{\rm I}}(N,z)$ の赤方偏移依存性を評価した結果、傾きが平坦化しており、高赤方偏移でサブ-DLAの数密度が増加していることが示された。

Figure 1: Upper panel : Redshift sensitivity function, $g(z)$ , as a function of sub-DLA redshift for the statistical EUADP (gray), O’Meara et al. ( 2007 ) MIKE $+$ ESI (green), Péroux et al. ( 2005 ) (red), Péroux et al. ( 2003a ) (blue), and combined sub-DLA sample (black). Lower panel : The distr

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 サブ-DLA領域における H i 吸収断面積関数 $f_{{\rm H}{\rm I}}(N,z)$ は、赤方偏移に伴いどのように変化するか？
• RQ2 $1.5 < z < 5.0$ の範囲で、全中性ガス質量密度 $\Omega_{\rm g}$ のうちサブ-DLAが占める割合はどの程度か？
• RQ3 $1.5 < z < 5.0$ の赤方偏移範囲で、全中性ガス質量密度 $\Omega_{\rm g}$ は定常的か、それとも変化しているか？
• RQ4 $1.0 < z < 5.0$ の赤方偏移範囲で、サブ-DLAの数密度はLLSおよびDLAと比べてどのように異なるか？
• RQ5 $\Omega_{\rm g}$ に変化がないということは、高赤方偏移銀河におけるガス供給のメカニズムにどのような示唆を与えるか？

主な発見

• H i 吸収断面積関数 $f_{{\rm H}{\rm I}}(N,z)$ はサブ-DLA領域で平坦化しており、高赤方偏移で低赤方偏移よりもサブ-DLAの数密度が高いことを示している。
• 合計89個のサブ-DLAを含む $\Delta z = 193$ の標本は、サブ-DLAの性質の赤方偏移依存性に対する信頼性の高い統計的制約を提供している。
• サブ-DLAは、赤方偏移範囲 $1.5 < z < 5.0$ において、全中性ガス質量密度 $\Omega_{\rm g}$ の8–20%を占めている。
• $z \sim 1.5$ から $z \sim 5.0$ にかけて、全中性ガス質量密度 $\Omega_{\rm g}$ に顕著な変化は観測されず、星形成が継続しているにもかかわらずそうである。
• $\Omega_{\rm g}$ に変化がないということは、星形成のみでは観測されたガス貯留が説明できないため、イオン化ガスの再結合や外部からのガス降着といった追加のメカニズムが不可欠であることを示唆している。
• 高分解能UVESデータにより、log $N_{{\rm H}{\rm I}} = 19.0$ cm$^{-2}$ まで正確な $N_{{\rm H}{\rm I}}$ 測定が可能となり、高赤方偏移に顕著なサブ-DLA集団が存在することが確認された。

Figure 2: Flowchart describing the building of the combined sub-DLA sample. For quasars in common with previous sub-DLA samples and the work presented here, we used $N_{{\rm H}\,{\sc\rm I}}$ and the redshift path from this work.