[論文レビュー] The VIMOS Ultra-Deep Survey: the Ly$α$ emission line morphology at $2 < z < 6$

B. Ribeiro, O. Le Fèvre+21 more|arXiv (Cornell University)|Jul 2, 2020

Particle Detector Development and Performance被引用数 6

ひとこと要約

本研究では、2 < z < 6 の 914 個の星形成銀河におけるリプマン・アルファ（Lyα）放射の空間的形状を、VIMOS アルト・ディープ・サーベイ（VUDS）の深さのある 2D スペクトロスコピーを用いて分析した。主に3つのLyα形態クラス（一致型、拡張型、オフセット型）を特定し、拡張型発光体は最高のLyα等価幅（W_Lyα ≈ -22 Å）、低質量、低星形成、低ダスト、および小規模なUVサイズを示しており、これは、幅帯制限フィルターで選別された高等価幅LAEsの最も代表的なものである可能性を示唆している。

ABSTRACT

The Lyman-$α$ (Ly$α$) emission line has been ubiquitously used to confirm and study high redshift galaxies. We report on the line morphology as seen in the 2D spectra from the VIMOS Ultra Deep Survey in a sample of 914 Ly$α$ emitters from a parent sample of 4192 star-forming galaxies at $2

研究の動機と目的

• 高赤方偏移銀河（2 < z < 6）におけるLyα放射の空間的形態をUV連続スペクトルと相対的に特徴づけること。
• Lyα放射の性質が質量、星形成率、ダスト含有量、UVサイズなどの物理的パラメータとどのように関連しているかを理解すること。
• Lyα形態が、Lyα光子の脱出と幅帯制限フィルター調査における観測的選別バイアスに与える影響を調査すること。
• オフセットLyα放射の背後にある物理的メカニズム（ガスの降着や合体活動など）を探索すること。
• 異なる形態クラスにおいて、星間媒体（ISM）の吸収ラインがLyαプロファイル形状と等価幅に与える相関を評価すること。

提案手法

• VIMOS アルト・ディープ・サーベイ（VUDS）の2Dスペクトロスコピーを用いて、4,192 個の星形成銀河におけるUV連続スペクトルと相対的なLyα放射の空間的分布を測定した。
• Lyα放射を4つのカテゴリに分類した：存在しない、UV連続スペクトルと一致する、拡張している、または空間的にオフセットしている。
• 各形態クラスごとにスペクトルをスタックし、ISM吸収ラインの強度とドップラー速度オフセットを分析した。
• UV連続スペクトルサイズ（r50）を測定し、Lyα放射の有無および形態と相関させた。
• 各クラスごとにLyα等価幅（W_Lyα）とダスト含有量を定量化し、脱出率と選別バイアスの評価を行った。
• オフセット分布を二重対数正規分布フィットで解析し、微小合体やクラスタの降着といった物理的メカニズムを推定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 2 < z < 6 の高赤方偏移銀河における、UV連続スペクトルと相対的なLyα放射の空間的分布はどのように分布しているか？
• RQ2 Lyα形態クラスごとに、物理的性質（質量、SFR、ダスト、サイズ）にどのような差が生じるか？
• RQ3 なぜ拡張型Lyα発光体が幅帯制限フィルター調査で優勢であり、どのような物理的条件がその選別を促進するのか？
• RQ4 Lyα放射がUV連続スペクトルからオフセットするのはなぜか、そしてこれは銀河の力学にどのような含意を持つのか？
• RQ5 異なる形態クラスにおいて、ISM吸収ラインはLyαプロファイル形状と等価幅にどのように相関するか？

主な発見

• Lyα発光体の45%が一致型、24%が拡張型、11%がUV連続スペクトルから空間的にオフセットしている。
• 拡張型Lyα発光体は平均で最高のLyα等価幅（W_Lyα ≈ -22 Å）を示しており、これは幅帯制限フィルターで選別されたサンプルで最も一般的であることを示している。
• 拡張型発光体は他のクラスと比較して質量が低く、星形成も少なく、ダスト含有量も低く、UV連続スペクトルサイズ（r50 ≈ 0.9 kpc）も小さい。
• UVサイズが大きい銀河ではLyα発光体の割合が低く、これはLyαの脱出特性がサイズ依存である可能性を示唆している。
• 弱いLyα発光体では、低イオン化ISM吸収ラインが強く、より高い光学厚さまたは密度の高いガスを示している。
• オフセットLyα発光体（中央値分離距離 1.1+1.3/-0.8 kpc）は、LyαとISMライン間で最大のドップラー速度オフセットを示しており、継続的なガス降着や合体活動を示唆している。