[論文レビュー] The MUSE Hubble Ultra Deep Field Survey VIII : Extended Lyman-alpha haloes around high-redshift star-forming galaxies

Floriane Leclercq, Roland Bacon+18 more|arXiv (Cornell University)|Oct 27, 2017

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 87被引用数 70

ひとこと要約

本研究は、MUSE UDFにおける145の高赤方偏移の星形成銀河を対象に、拡張Lyman-αハローを検出・特徴づけ、ハローのサイズとフラックス寄与を定量化する2成分指数モデルを用いる。

ABSTRACT

We report the detection of extended Lyman-alpha (Lya) haloes around 145 individual star-forming galaxies at redshifts 3 M_{UV}> -22) Lya emitters (LAEs). Using a 2D, two-component decomposition of Lya emission assuming circular exponential distributions, we measure scale lengths and luminosities of Lya haloes. We find that 80% of our objects having reliable Lya halo measurements show Lya emission that is significantly more extended than the UV continuum detected by HST (by a factor ~4 to >20). The median exponential scale length of the Lya haloes in our sample is ~4.5 kpc. By comparing the maximal detected extent of the Lya emission with the predicted dark matter halo virial radii of simulated galaxies, we show that the detected Lya emission of our selected sample of LAEs probes a significant portion of the cold circum-galactic medium (CGM) of these galaxies (>50% in average). This result shows that there must be significant HI reservoirs in the CGM and reinforces the idea that Lya haloes are ubiquitous around high-redshift Lya emitting galaxies. Our characterization of the Lya haloes indicates that the majority of the Lya flux comes from the halo (~65%) and that their scale lengths seem to be linked to the UV properties of the galaxies. We do not observe a significant Lya halo size evolution with redshift. We also find that the Lya lines cover a large range of full width at half maximum (FWHM) from 118 to 512 km/s. While the FWHM does not seem to be correlated to the Lya scale length, most compact Lya haloes and those that are not detected with high significance tend to have narrower Lya profiles. Finally, we investigate the origin of the extended Lya emission but we conclude that our data do not allow us to disentangle the possible processes.

研究の動機と目的

• 高赤方偏移の星形成銀河周囲の circum-galactic medium (CGM) の理解を動機づける。
• Lyαハローの空間的拡がりとフラックス寄与をUV連続光と比較して定量化する。
• Lyαハローの性質が宿主UV特性および赤方偏移とどのように関連するかを調べる。
• 拡張Lyα放出の線形プロファイルの多様性と、拡張Lyα放出の可能な機構を評価する。

提案手法

• MUSEデータキューブからLyαナローバンド画像を作成し、UV連続光はHST対応画像から取得する。
• Lyα放出に対して2次元の2成分指数フィットを実施し、コア成分のUV連続光スケール長にハローのスケール長を固定する。
• モデルをMUSEのPSFで畳み込み、Lyα画像に適合させ、ハローのスケール長とコア/ハローのフラックスを抽出する。
• ノイズ実現と空領域テストを用いて不確かさを推定し、ハローとコアのスケールの誤差を導出する。
• S/NシミュレーションとPSFベースのサイズ制限を用いて、信頼できるハロー測定の検出限界を定義する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 MUSE UDFにおける高赤方偏移星形成銀河周辺の拡張Lyα放出の有病率はどの程度か。
• RQ2 Lyαハローのサイズとフラックス分布はUV連続光およびLyα輝度とどのように比較されるか。
• RQ3 Lyα線プロファイルの範囲とそれがハロー特性と相関するか。
• RQ4 拡張Lyα放出は散乱、蛍光、冷却放射、衛星成分の寄与として説明できるか。

主な発見

• 約145銀河が統計的に有意なLyαハローを示し、信頼できるサンプルの約80%を占める。
• Lyαハローの指数分布スケール長の中央値は約4.5 kpcで、10 kpcを超えるハローもある。
• 全体のLyαフラックスの約65%がハロー成分から来ており、中央のコアからではない。
• LyαハローはUV連続光より一般に拡張されており、ハローのサイズは宿主銀河のUV特性と相関している。
• Lyα線幅は約118〜512 km s−1の範囲で、狭いプロファイルほどコアがコンパクトまたは有意性が低いハローと関連する。
• サンプル範囲内でハローサイズの赤方偏移による進化の強い証拠はない。