[論文レビュー] The Space Density of Redshift 5.7 Ly-Alpha Emitters

Crystal L. Martin, Marcin Sawicki|arXiv (Cornell University)|Oct 29, 2003

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena被引用数 27

ひとこと要約

本研究では、Keck I望遠鏡を用いたマルチスリットウィンドウズ技術を用いて、赤方偏移z=5.7におけるLyα発光星の空間密度に関する初めての分光的制約を提示する。9個の発光線対象が検出されたが、いずれの対象についても高赤方偏移Lyα発光星として確認されず、z≈3からz≈5.7にかけてLyα発光関数または数密度に顕著な進化がないことが排除される。

ABSTRACT

We present results from a blind, spectroscopic search for redshift 5.7 LyA emission-line galaxies at Keck I. Using a band-limiting filter and custom slitmask, the LRIS detector was covered with low resolution spectra in the 8100 - 8250 A atmospheric window which contains no bright night sky emission lines. Nine objects with line fluxes greater than our flux limit of 6e-18 erg/s/cm2 were found in the ~5.1 square arcminute field. Follow up observations indicate none of these are z=5.7 LyA emitters -- a result which places strong limits on evolution scenarios for LyA emitters between redshift 3 and redshift 5.7. In particular, the paucity of z=5.7 LyA emitters raises the question of whether the LyA -selected population plays a significant role in maintaining the ionization of the intergalactic medium at z = 5.7. We argue that if the escape fraction of LyA from galaxies is less than $0.4 f_{LyC}$, where $f_{LyC}$ is the escape fraction of Lyman continuum photons, then the star formation rate in the \lya emitting population is high enough in the no-evolution model (our upper limit) to maintain the ionization of the IGM at z=5.7.

研究の動機と目的

• エポック・オブ・インフレーションの重要な時期とされる赤方偏移z=5.7におけるLyα発光星の空間密度を測定すること。
• z≈3におけるLyα発光関数がz≈5.7で顕著に進化しているかどうかを検証すること。
• z≈5.7におけるLyα発光星が、銀河間媒体のイオン化を維持する役割を果たしているかどうかを評価すること。
• フェアリーな高赤方偏移発光線銀河を検出するためのマルチスリットウィンドウズ技術の有効性を評価すること。
• 特に金属貧困な発光線銀河を含む、前方の干渉物と真正の高赤方偏移Lyα発光星を区別すること。

提案手法

• ~5.1平方弧分をカバーするカスタムマルチスリットマスクを用いて、Keck IのLRIS装置を用いた盲目的な分光調査を実施した。
• 強い夜空放射線ラインが存在しない8100–8250 Åの大気窓を標的とし、バックグラウンドノイズを低減した。
• 赤方偏移されたLyα線（z=5.7、静止系1215 Å）を観測された8200 Å窓内で分離するため、バンド制限フィルターを用いた。
• 候補Lyα発光星を特定するために、6×10⁻¹⁸ erg s⁻¹ cm⁻²のフラックス検出閾値を設定した。
• 続行分光測定を用いて連続スペクトルのブレークや追加の発光線を特定し、前方の干渉物を除外した。
• 観測されたLyα線のフラックスと銀河の色（例：r−i、i−z）を比較し、低赤方偏移の汚染物質と高赤方偏移Lyα発光星を区別した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 赤方偏移z=5.7におけるLyα発光星の空間密度は何か？ また、z≈3–4におけるLyα発光関数と比較するとどうなるか？
• RQ2 z≈3からz≈5.7にかけて、Lyα発光関数の特徴的発光度（L*）または数密度（φ*）に顕著な進化があるか？
• RQ3 一般的なLyα透過率を仮定した場合、Lyα発光星の集団のみでz≈5.7における銀河間媒体のイオン化を維持できるか？
• RQ4 狭帯域イメージングやドロップアウト調査と比較して、マルチスリットウィンドウズ技術は、微弱で高赤方偏移発光線銀河を検出するのにどの程度有効か？
• RQ5 どのタイプの前方干渉物が最も高赤方偏移Lyα発光星に類似しており、どのようにして信頼性高く除外できるか？

主な発見

• 5.1平方弧分の領域において、6×10⁻¹⁸ erg s⁻¹ cm⁻²のフラックス限界を満たしても、z=5.7における確認されたLyα発光星は検出されなかった。
• 非検出結果は、進化なし仮説とわずかに整合的であり、z=5.7におけるLyα発光関数がz≈3と顕著に明るくないことを示唆している。
• z≈3からz≈5.7にかけてL*が1.7倍以上明るくなった場合、このnull結果では排除される。
• 同様に、z≈3からz≈5.7の間でLyα発光星の数密度が2.2倍以上増加した場合も、このnull結果では排除される。
• z≈5.7におけるIGMイオン化を維持するために必要なLyα透過率の上限は、0.4f_LyC未満である。ここでf_LyCはLyman連続体透過率を表す。
• 非常に金属貧困で前方に存在する発光線銀河は、強力な連続スペクトルブレークを示さないため、識別が最も困難な干渉物である。