[論文レビュー] The MeerKAT Absorption Line Survey (MALS)

N. Gupta, R. Srianand+42 more|arXiv (Cornell University)|Aug 24, 2017

Astrophysics and Star Formation Studies被引用数 19

ひとこと要約

MeerKAT吸収線サーベイ（MALS）は、0 < z < 2 の間隔および関連ガスにおけるH i 21-cmおよびOH 18-cm吸収線を、ダストに依存しない深さの調査を MeerKAT のLバンドおよびUHFバンド受信機を用いて実施する。高い感度（N(H i) > 10¹⁹ cm⁻²）を備え、寒冷ガス断面積の進化を測定し、星形成率密度の駆動要因を制約し、基本定数および磁場の進化に関する正確なテストを可能にする。

ABSTRACT

Deep galaxy surveys have revealed that the global star formation rate (SFR) density in the Universe peaks at 1 &lt; z &lt; 2 and sharply declines towards z = 0. But a clear picture of the underlying processes, in particular the evolution of cold atomic (~100 K) and molecular gas phases, that drive such a strong evolution is yet to emerge. MALS is designed to use MeerKAT's L- and UHF-band receivers to carry out the most sensitive (N(HI)&gt;10$^{19}$ cm$^{-2}$) dust-unbiased search of intervening HI 21-cm and OH 18-cm absorption lines at 0 &lt; z &lt; 2. This will provide reliable measurements of the evolution of cold atomic and molecular gas cross-sections of galaxies, and unravel the processes driving the steep evolution in the SFR density. The large sample of HI and OH absorbers obtained from the survey will (i) lead to tightest constraints on the fundamental constants of physics, and (ii) be ideally suited to probe the evolution of magnetic fields in disks of galaxies via Zeeman Splitting or Rotation Measure synthesis. The survey will also provide an unbiased census of HI and OH absorbers, i.e. cold gas associated with powerful AGNs (&gt;10$^{24}$ W Hz$^{-1}$) at 0 &lt; z &lt; 2, and will simultaneously deliver a blind HI and OH emission line survey, and radio continuum survey. Here, we describe the MALS survey design, observing plan and the science issues to be addressed under various science themes.

研究の動機と目的

• 0 < z < 2 の範囲で、銀河内の寒冷原子および分子ガス断面積の進化を測定し、星形成率密度の説明のつかない低下を解明すること。
• 従来の調査の制限を超えて、介入的H i 21-cmおよびOH 18-cm吸収線に対する感度が高く、ダストに依存しない最も感度の高いサーベイを実施すること。
• 強力なAGN（>10²⁴ W Hz⁻¹）と関連するH iおよびOH吸収体の包括的かつ信頼性の高い集計を提供し、ISM物理学および磁場を調べること。
• 副次的として、盲的なH iおよびOH線放出サーベイおよび電波連続スペクトルサーベイを提供し、多波長連携を強化すること。
• 正確な線周波数測定を通じて、基本定数の変動および宇宙の加速に関するきめ細かい制約を可能にすること。

提案手法

• 南天の赤方偏移がスペクトロスコピックに確認された電波強度の高いFSRQを標的に、MeerKATのLバンドおよびUHFバンド受信機を用いて、300のポイントを指向する観測を実施する。
• 各ポイントで数か月の間隔をあけて2回の観測を実施し、地球の黄道運動に起因する20–30 km s⁻¹のドップラー時間ずれを活用して、真の吸収とRFIを明確に区別する。
• 広帯域スペクトル偏光法を用いてゼーマン分裂および回転測定効果を検出し、銀河ディスク内の磁場を調べる。
• WISEの赤外色を用いて、赤方偏移z > 1.4の候補クェーサーを約75%の効率で事前選別し、その後SALTおよびNOTを用いた光学スぺクトル観測で赤方偏移を確認する。
• 校正、フラグの付与、線検出を実行するデータパイプライン（ARTIP）を実装し、定期的な公開リリースを通じて校正済み visibilities および画像をコミュニティに提供する。
• VLBI画像を用いて中心源の構造と吸収検出可能性への影響を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 z ≈ 0 から z ≈ 2 の間で、銀河内の寒冷原子および分子ガスの断面積はどのように進化するのか。星形成率密度の急激な低下はどのような要因によって引き起こされるのか。
• RQ2 0 < z < 2 の範囲で、H i 21-cm吸収パス長関数（n₂₁(z)）およびOH 18-cm吸収パス長関数（n_OH(z)）の真の進化は何か。
• RQ3 介入的H iおよびOH吸収体は、銀河ディスク、ハロー、およびグループ間媒体内の寒冷ガス貯留源をどの程度正確にトレースするのか。
• RQ4 H iおよびOH線の観測周波数は、基本定数の変動および宇宙の加速に関する最もきめ細かい制約を提供できるか。
• RQ5 ゼーマン分裂および回転測定合成法を用いた吸収線からの測定を通じて、銀河ディスク内の磁場は赤方偏移とともにどのように進化するのか。

主な発見

• 本サーベイでは、N(H i) > 10¹⁹ cm⁻² の介入的H i 21-cm吸収体約200個と、関連吸収体約500個が検出されると予想され、信頼性の高いパス長関数の測定が可能になる。
• 初年度の観測では、赤緯 −40° < δ < +30° の範囲に位置する70%のポイントを、赤方偏移が確認済みのFSRQを標的にして実施され、n₂₁(z)およびn_OH(z)の信頼性の高いベースラインが確立される。
• WISEによる事前選別と光学的フォローアップを通じて、過去2年間で約100個の新しい高赤方偏移（z > 1.4）のFSRQが同定されており、ターゲットプールが著しく拡大している。
• 本サーベイは、盲的なH iおよびOH線放出サーベイおよび電波連続スペクトルサーベイを副次的として提供し、定期的にコミュニティにデータをリリースする。
• 2回の観測を20–30 km s⁻¹のドップラー時間ずれを用いて実施することで、真の吸収とRFIを明確に区別でき、カタログの信頼性が保証される。
• 中心源のVLBI画像を用いることで、電波構造が吸収検出可能性および赤方偏移の進化に与える影響を定量的に評価できる。