[論文レビュー] The Lyman alpha reference sample. VII. Spatially resolved H$α$ kinematics

E. C. Herenz, Pieter Gruyters+20 more|Lund University Publications (Lund University)|Nov 17, 2015

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 143被引用数 28

ひとこと要約

本研究では、カラホの積分場分光法を用いて14個のライマンアルファリファレンスサンプル銀河の空間的解像度を持つHα運動学を提示し、進行中の相互作用と関連する複雑なイオン化ガスの運動学的特徴を明らかにした。主な発見として、高い速度分散、非対称な線幅、複数のガス成分を示す運動学的分離が得られ、特にLARS 13では173 km s⁻¹の速度シアーを示し、LARS 14では流出を示す広いHαウェイブが観測された。

ABSTRACT

We present integral field spectroscopic observations with the Potsdam Multi Aperture Spectrophotometer of all 14 galaxies in the $z\sim 0.1$ Lyman Alpha Reference Sample (LARS). We produce 2D line of sight velocity maps and velocity dispersion maps from the Balmer $α$ (H$α$) emission in our data cubes. These maps trace the spectral and spatial properties of the LARS galaxies' intrinsic Ly$α$ radiation field. We show our kinematic maps spatially registered onto the Hubble Space Telescope H$α$ and Lyman $α$ (Ly$α$) images. Only for individual galaxies a causal connection between spatially resolved H$α$ kinematics and Ly$α$ photometry can be conjectured. However, no general trend can be established for the whole sample. Furthermore, we compute non-parametric global kinematical statistics -- intrinsic velocity dispersion $σ_0$, shearing velocity $v_\mathrm{shear}$, and the $v_\mathrm{shear}/σ_0$ ratio -- from our kinematic maps. In general LARS galaxies are characterised by high intrinsic velocity dispersions (54\,km\,s$^{-1}$ median) and low shearing velocities (65\,km\,s$^{-1}$ median). $v_\mathrm{shear}/σ_0$ values range from 0.5 to 3.2 with an average of 1.5. Noteworthy, five galaxies of the sample are dispersion dominated systems with $v_\mathrm{shear}/σ_0 <1$ and are thus kinematically similar to turbulent star forming galaxies seen at high redshift. When linking our kinematical statistics to the global LARS Ly$α$ properties, we find that dispersion dominated systems show higher Ly$α$ equivalent widths and higher Ly$α$ escape fractions than systems with $v_\mathrm{shear}/σ_0 > 1$. Our result indicates that turbulence in actively star-forming systems is causally connected to interstellar medium conditions that favour an escape of Ly$α$ radiation.

研究の動機と目的

• Hα線放出を用いたライマンアルファリファレンスサンプル銀河におけるイオン化ガスの空間的解像度を持つ運動学的特徴を調査すること。
• Hα運動学と星形成暴走銀河におけるLyαの脱出との関係を理解すること。
• 速度勾配や非対称な線幅プロファイルを通じて、進行中の相互作用や流出の兆候を同定すること。
• 過去の適応光学観測と比較し、見かけの制限付きデータの限界を評価すること。

提案手法

• カタルホにあるヘンス・アストロノミカル・インスティテュート（CAHA）で、積分場分光法（IFS）を用いて空間的解像度を持つHα線放出データを取得した。
• Hαプロファイルのガウスフィッティングを用いて、銀河全体にわたるライン・オブ・サイト（v_LOS）および速度分散（σ）をマッピングした。
• 非対称で二重ピークを持つ線幅プロファイルの空間的およびスペクトル的解析を通じて、運動学的構造の特定を試みた。
• 解像度と信号の限界を評価するために、過去の適応光学によるパッセン・アルファIFS観測と結果を比較した。
• 運動学的分離と乱流の定量的評価のため、速度シアー（v_shear）および速度分散比（v_shear/σ₀）を用いた。
• 複雑な運動学的領域を分離するために、空間マスクおよび診断領域（例：図7の斜線領域）を適用した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ライマンアルファリファレンスサンプル銀河におけるイオン化ガス運動学の空間的分布は何か？ また、Lyαの脱出とはどのように関係しているか？
• RQ2 非対称または二重ピークを持つHαプロファイルは、これらの系において複数の運動学的成分または流出を示唆するか？
• RQ3 速度勾配や分散は相互作用領域でどのように変化するか？ また、それらは力学的状態をどのように明らかにするか？
• RQ4 見かけの制限付きIFS観測は、高解像度の適応光学データと比較して、運動学的測定をどの程度再現しているか、あるいはどのように異なるか？
• RQ5 進行中の相互作用は、これらの星形成暴走銀河におけるイオン化ガス運動学およびLyα放射をどのように形作っているか？

主な発見

• LARS 13では、北側コンポーネントに173 km s⁻¹の強い速度勾配が観測され、縦方向および横方向のガス構造が重複していることを示す複雑な運動学的特徴が明らかになった。
• LARS 13では、Hαプロファイルが非対称であり、西北側の重複領域に拡張した青側ウェイブが観測され、単一のガウスフィッティングでは捉えきれない複数の運動学的成分が示された。
• 東側のスパクセルでは、広い速度分散が対角パターンを示し、2つの延長したガス構造間の運動学的分離が示唆された。
• LARS 14では、主成分で高い速度分散（σ ≈ 175 km s⁻¹）と広いHαウェイブが観測され、流出するイオン化ガスが確認され、グリーンピーチャンクの特徴に一致した。
• LARS 14における速度シアー対速度分散比（v_shear/σ₀ = 0.6 ± 0.1）は、過去の適応光学研究と一致していたが、北側コンポーネントのみを考慮すると低めに評価された。
• LARS 13では、Lyαの発光度が低く（L_Lyα = 7 × 10⁴¹ erg s⁻¹）、Lyα光子のうちたった1％しか脱出せず、Lyα等価幅が狭く（6 Å）あり、狭帯域サーベイでは高赤方偏移のLAEとして選別されないことが示された。