[論文レビュー] The VLT-UVES survey for molecular hydrogen in high-redshift damped Lyman-alpha systems

C. Ledoux, P. Petitjean+1 more|CERN Bulletin|Feb 28, 2003

Astrophysics and Star Formation Studies被引用数 197

ひとこと要約

本研究では、赤移風1.8以上の33系統の高赤移ドライブラッグ・ライマン・アルファ（DLA）系における分子水素（H₂）のVLT-UVESサーベイを提示しており、そのうち13–20％の系統でH₂を検出している。H₂は主に高い金属量と大きなダスト脱離要因を示す系統に存在しており、分子含有量とダスト存在の強い関連性を示しており、分子分率は通常log f < -1であり、しばしばlog f < -6にまで低くなる。これは高温または強力なUV放射場のためH₂生成が抑制されていることを示唆している。

ABSTRACT

We have searched for molecular hydrogen in damped Lyman-alpha (DLA) and sub-DLA systems at z&gt;1.8 using UVES at the VLT. Out of the 33 systems in our sample, 8 have firm and 2 have tentative detections of associated H2 absorption lines. Considering that 3 detections were already known from past searches, H2 is detected in 13 to 20 percent of the newly-surveyed systems. We report new detections of molecular hydrogen at z=2.087 and 2.595 toward, respectively, Q 1444+014 and Q 0405-443, and also reanalyse the system at z=3.025 toward Q 0347-383. We find that there is a correlation between metallicity and depletion factor in both our sample and also the global population of DLA systems (60 systems in total). The DLA and sub-DLA systems where H2 is detected are usually amongst those having the highest metallicities and the largest depletion factors. Moreover, the individual components where H2 is detected have depletion factors systematically larger than other components in the profiles. In two different systems, one of the H2-detected components even has [Zn/Fe]&gt;=1.4. These are the largest depletion factors ever seen in DLA systems. All this clearly demonstrates the presence of dust in a large fraction of the DLA systems. The mean H2 molecular fraction is generally small in DLA systems and similar to what is observed in the Magellanic Clouds. From 58 to 75 percent of the DLA systems have log f1000 K) and/or the ionizing flux is enhanced relative to what is observed in our Galaxy.

研究の動機と目的

• 高分解能分光法を用いて、高赤移ドライブラッグ・ライマン・アルファ（DLA）およびサブ-DLA系における分子水素（H₂）の検出を目的とする。
• DLA系におけるH₂検出、金属量、およびダスト脱離との関係を特定することを目的とする。
• 高赤移星間媒体におけるH₂生成の抑制に寄与するダストおよびUV放射の役割を評価することを目的とする。
• H₂検出系の物理的状態を、広範なDLA集団およびマゼラン雲と比較することを目的とする。
• DLAサンプルが高ダスト含有量および高金属量を示す系をバイアスしているかどうかを評価することを目的とする。

提案手法

• パラナル観測所に設置されたVLTのUVESエッケラ分光計を用いて、33個の高赤移DLAおよびサブ-DLA系の高分解能分光スペクトルを取得した。
• H₂の回転遷移を検出するために吸収ラインフィッティングを実施し、検出限界はN(H₂) ≈ 2×10¹⁴ cm⁻²であった。
• 亜鉛（Zn）、硫黄（S）、ケイ素（Si）を基準元素として用い、金属量[X/H]を測定し、鉄（Fe）および他の元素の脱離要因[X/Fe]を導出した。
• 分子分率f = 2N(H₂)/[2N(H₂) + N(H i)]を計算し、分子水素と原子水素の相対的含有量を評価した。
• 同じ系内におけるH₂検出系と非検出系を比較し、局所的状態を評価した。
• サンプル全体および全DLA集団（60系統）における金属量、脱離要因、H₂検出との相関関係を分析した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 高赤移DLA系において、H₂検出と金属量またはダスト脱離との間に相関関係があるか？
• RQ2 大多数のDLA系で観測される低分子分率を説明する物理的状態（例：温度、UV放射場）は何か？
• RQ3 H₂含有量が顕著に高いDLA系は、一般のDLA集団と比較して、系としての脱離要因および金属量が顕著に高い傾向にあるか？
• RQ4 DLAサンプルが高ダスト含有量および高金属量を示す系をどれほどバイアスしているか？
• RQ5 DLA系におけるH₂含有量は、マゼラン雲およびミルキーウェイディスクと比較してどの程度か？

主な発見

• 分子水素は、明確な検出が8系統、懸念のある検出が2系統で確認され、新たに調査されたサンプルの13–20％に相当する。
• H₂は主に金属量が最も高く、脱離要因が最大の系統に存在しており、金属量が最も高い5系統すべてでH₂検出が確認された。
• 1系統のうち、最大の脱離要因を持つ成分では、[Zn/Fe] ≥ 1.4に達しており、DLA系で観測された中で最大の値である。
• 平均分子分率fは通常log f < -1であり、DLA系の58–75％がlog f < -6に達しており、原子水素に比べてH₂含有量が極めて低いことを示している。
• H₂含有量とH iの柱密度との間に相関は認められず、2つのH₂検出系ではlog N(H i) < 20.3であり、サブ-DLAに分類される。
• 低分子分率は、ガス温度がT > 1000 Kであり、かつ/またはUV放射場が強化されていることによるH₂生成の抑制と整合的であり、これはマゼラン雲（LMC）および小マゼラン雲（SMC）の状態と類似している。