[論文レビュー] The second detection of CO at redshift larger than 4

S. Guilloteau, A. Omont+3 more|arXiv (Cornell University)|Nov 9, 1997

Atmospheric and Environmental Gas Dynamics被引用数 4

ひとこと要約

この論文は、赤方偏移 z > 4 の領域で二番目の炭素酸化物（CO）放射の検出を報告している。特に、赤方偏移 z=4.41 の電波非活性セクター BRI1335-0415 における J=5-4 遷移を、3mm で IRAM 組立干渉計を用いて測定した。研究では、統合ライン強度が 2.8±0.3 Jy km s⁻¹、ライン幅が 420±60 km s⁻¹、1.35mm 継続的放射が 5.6±1.1 mJy であることが判明し、分子ガス質量が約 10¹¹ 太陽質量に相当すると示唆されている。重力レンズ効果や拡張放射の明確な証拠は見つかっていない。

ABSTRACT

We report the detection with the IRAM interferometer at 3mm of J=5-4 CO line in the radio quiet quasar BRI1335-0415 at redshift of z=4.41. After BR1202-0725 at z=4.69 (Ohta etal 1996, Omont etal 1996a), this is the second detection of CO at z>3. The integrated line intensity is 2.8+-0.3 Jy km s^{-1} with a linewidth of 420+-60 km s^{-1}. The dust continuum emission has also been mapped at 1.35mm. The 1.35mm flux is found to be 5.6+-1.1mJy. The ratio of the CO to 1.35mm continuum flux is slightly larger than for BR1202-0725. Contrary to the case of BR1202-0725, there is only marginal evidence of extension of the 1.35mm continuum and 3mm CO emission. In the absence of gravitational lensing, for which there is no a priori evidence, and within the uncertainties of the CO to M(H_2) conversion factors, the mass of molecular gas M(H_2) could be 10^{11} solar masses.

研究の動機と目的

• 電波非活性セクターにおいて赤方偏移 z > 4 の領域で CO 放射を検出することで、高赤方偏移分子ガス貯留源の既知のサンプルを拡張すること。
• CO ラインおよびダスト継続的放射の測定を用いて、高赤方偏移セクターにおける分子ガス質量を制約すること。
• 重力レンズ効果の有無を評価すること。これは、観測された放射の増幅や質量推定の歪みを引き起こす可能性がある。
• 以前に検出済みの赤方偏移 z=4.69 のセクター BR1202-0725 と比較して、CO とダスト継続的放射のフラックス比を評価すること。
• 分子ガスの内容を通じて、初期の大規模銀河の星形成および進化に与える影響を評価すること。

提案手法

• IRAM 組立干渉計を用いて、BRI1335-0415 における 3mm での CO J=5-4 遷移を観測し、分子ガス放射を検出する。
• 1.35mm でのダスト継続的放射のマッピングにより、静止系の遠赤外線発光度およびダスト質量を決定する。
• 統合ライン強度およびライン幅の測定により、標準的な CO から H₂ への換算係数を用いて、全分子ガス質量を推定する。
• CO ラインフラックスと 1.35mm 継続的放射フラックスの比較により、CO とダストの比率とその源の幾何学的形状や増幅の可能性に与える影響を評価する。
• CO およびダスト放射の空間的広がりの評価により、重力レンズ効果の有無を検証する。重力レンズ効果があると、拡張または複数の成分が現れる。
• CO 発光度と標準換算係数を用いて、重力レンズがないものと仮定して、全分子水素質量 M(H₂) を推定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 赤方偏移 z=4.41 の高赤方偏移セクター BRI1335-0415 における分子ガスの内容は、CO J=5-4 ラインによってどのように示されるか？
• RQ2 観測された CO およびダスト継続的放射は拡張しているか。これは、重力レンズ効果の可能性を示唆するか？
• RQ3 BRI1335-0415 における CO とダスト継続的放射のフラックス比は、以前に検出済みの赤方偏移 z=4.69 のセクター BR1202-0725 と比べてどう異なるか？
• RQ4 BRI1335-0415 における推定される分子ガス質量は何か。他の高赤方偏移系と比較するとどうなるか？
• RQ5 レンズ効果の強い証拠が欠如していることの、ガス質量および発光度の解釈に与える影響は何か？

主な発見

• 赤方偏移 z=4.41 の BRI1335-0415 で、3mm における CO J=5-4 ラインが検出され、統合強度は 2.8±0.3 Jy km s⁻¹ であった。
• ラインの半値全幅は 420±60 km s⁻¹ であり、広帯域の放射プロファイルを示している。
• 1.35mm ダスト継続的放射フラックスは 5.6±1.1 mJy で測定され、ダストを含む星形成環境に一致している。
• CO ラインフラックスと 1.35mm 継続的放射フラックスの比は、赤方偏移 z=4.69 のセクター BR1202-0725 で観測された値よりもわずかに高い。
• CO またはダスト継続的放射の両方において、空間的広がりの兆候は僅かにしかなく、重力レンズ効果の強い証拠はない。
• 重力レンズがないものと仮定し、標準的な CO から H₂ への換算係数を用いる限り、分子ガス質量は約 10¹¹ 太陽質量と推定される。