[論文レビュー] Transverse Sizes of CIV Absorption Systems Measured from Multiple QSO Sightlines

Crystal L. Martin, Evan Scannapieco+4 more|arXiv (Cornell University)|Jul 15, 2010

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 2被引用数 38

ひとこと要約

本研究では、二重クェーサーのエシェル分光法を用いて、銀河間媒体（IGM）内のC IV吸収を示す金属豊富な領域の横断的サイズを測定している。36–907 kpcの間隔をあける複数の視線方向におけるC IV系のクラスタリングを分析することで、$0.42 \pm 0.15\, h^{-1}$ 光行距離Mpcの特徴的な横断的サイズが得られ、これは周銀河系金属豊かさの物理的スケールを示し、$z \sim 1.7$–$4.5$における金属の噴出速度と豊かさのタイムスケールを制約する。結果から、金属豊かさは$z \geq 4.3$以前に発生したと示唆され、初期の銀河や大質量星によって引き起こされた可能性が高い。

ABSTRACT

We present tomography of the circum-galactic metal distribution at redshift 1.7 to 4.5 derived from echellete spectroscopy of binary quasars. We find CIV systems at similar redshifts in paired sightlines more often than expected for sightline-independent redshifts. As the separation of the sightlines increases from 36 kpc to 907 kpc, the amplitude of this clustering decreases. At the largest separations, the CIV systems cluster similar to Lyman-break galaxies (Adelberger et al. 2005a). The CIV systems are significantly less correlated than these galaxies, however, at separations less than R_1 ~ 0.42 +/- 0.15 h-1 comoving Mpc. Measured in real space, i.e., transverse to the sightlines, this length scale is significantly smaller than the break scale estimated from the line-of-sight correlation function in redshift space (Scannapieco et al. 2006a). Using a simple model, we interpret the new real-space measurement as an indication of the typical physical size of enriched regions. We adopt this size for enriched regions and fit the redshift-space distortion in the line-of-sight correlation function. The fitted velocity kick is consistent with the peculiar velocity of galaxies as determined by the underlying mass distribution and places an upper limit on the outflow (or inflow) speed of metals. The implied time scale for dispersing metals is larger than the typical stellar ages of Lyman-break galaxies (Shapley et al. 2001), and we argue that enrichment by galaxies at z > 4.3 played a greater role in dispersing metals. To further constrain the growth of enriched regions, we discuss empirical constraints on the evolution of the CIV correlation function with cosmic time. This study demonstrates the potential of tomography for measuring the metal enrichment history of the circum-galactic medium.

研究の動機と目的

• 高赤方偏移における周銀河系媒体（CGM）内の金属豊富領域の物理的横断的スケールを測定すること。
• C IV吸収系の空間的クラスタリングを測定することで、銀河間金属豊かさのタイムスケールと起源を制約すること。
• 質量密度ではなく空間的スケールに注目することで、ガス密度やイオン化場の進化に対する感度を低減すること。
• 観測されたスケールと理論的モデルを比較することで、金属豊かさが初期の銀河か大質量星によって引き起こされたかどうかを検証すること。

提案手法

• 同じ大規模構造を通過する複数の近接視線方向を有する二重クェーサーのエシェル分光法を用いる。
• クェーサー視線間の横断的距離（36–907 kpc）に応じたC IV吸収系のクラスタリングを測定する。
• 赤方偏移空間歪みを最小限に抑えるために、実空間相関関数を用いて横断的クラスタリングを分離する。
• 観測された吸収系とランダムカタログから相関関数を計算するために、Landy-Szalay推定法を適用する。
• 観測された横断的相関関数を単純なモデルでフィットし、豊富化領域の物理的スケールを推定する。
• 得られたスケールを用いて金属の速度分散を制約し、金属の噴出／流入速度の上限を求める。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 IGM内における$z \sim 1.7$–$4.5$の金属豊富領域の典型的な横断的物理的サイズは何か？
• RQ2 クェーサー視線間の横断的距離に応じて、C IV吸収系のクラスタリングはどのように変化するか？
• RQ3 観測されたクラスタリングスケールに整合する金属の平均噴出または流入速度の上限は何か？
• RQ4 観測された豊富化領域のスケールは、質量密度測定から従来推定されたよりも以前の豊かさを示唆するか？
• RQ5 観測されたクラスタリングパターンは、高赤方偏移銀河と初期の大質量星による豊かさを区別できるか？

主な発見

• C IV系の横断的相関長は$0.42 \pm 0.15\, h^{-1}$ 光行距離Mpcと測定され、金属豊富領域の典型的な物理的スケールを示している。
• C IV系は$0.42\, h^{-1}$ Mpc未満の距離で顕著なクラスタリングを示すが、より大きなスケールではライマンブレイク銀河ほど相関が強くない。
• 観測された横断的スケールは、線形方向の赤方偏移空間相関関数から推定される破断スケールよりも顕著に小さいため、強い赤方偏移空間歪みが存在することが示唆される。
• 金属の噴出／流入速度に示唆される値は、基盤となる質量分布からの銀河の特異速度と整合しており、大規模な金属の運動の上限を示している。
• スケール測定から、金属豊かさは$z \geq 4.3$以前に発生した可能性が高く、大質量星や低質量銀河による初期豊かさを支持する。
• 本研究は、質量密度推定の代替として、トモグラフィー的スケール測定がCGMの金属豊かさ歴史を制約する上で頑健であることを示している。