[논문 리뷰] 3D Lya radiation transfer. II. Fitting the Lyman break galaxy MS 1512-cB58 and implications for Lya emission in high-z starbursts

D. Schaerer, Anne Verhamme|ArXiv.org|2008. 01. 08.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 43인용 수 47

한 줄 요약

이 연구는 3차원 Ly𝛼 복사전달 모델링을 사용하여, 고적도 성폭발 은하인 MS 1512–cB58의 약한 흡수 지배 Ly𝛼 프로파일이, 덩어리지고 날아다니는 은하간 매질에서의 먼지와 복사전달 효과로 억제된 강력한 내재 Ly𝛼 발광(등가폭우 ≥ 60 Å) 때문임을 보여준다. 관측된 프로파일은 뒤로 이동한 속도의 껍질 기하구조로 재현되며, 이는 대부분의 라이만 브레이크 은하가 내재적으로 강력한 Ly𝛼 발광을 가지고 있으며, N_H와 먼지 함량이 관측된 Ly𝛼 다양성의 주요 원인임을 시사한다.

ABSTRACT

Using our 3D Lya radiation transfer code, we compute the radiation transfer of Lya and UV continuum photons including dust. Observational constraints on the neutral gas (column density, kinematics, etc.) are taken from other analysis of this object. RESULTS: The observed Lya profile of MS 1512--cB58 is reproduced for the first time taking radiation transfer and all observational constraints into account. The observed absorption profile is found to result naturally from the observed amount of dust and the relatively high HI column density. Radiation transfer effects and suppresion by dust transform a strong intrinsic Lya emission with EW(Lya)>~ 60 Ang into the observed faint superposed Lya emission peak. We propose that the vast majority of LBGs have intrinsically EW(Lya)~60-80 Ang or larger, and that the main physical parameter responsible for the observed variety of Lya strengths and profiles in LBGs is N_H and the accompanying variation of the dust content. Observed EW(Lya) distributions, Lya luminosity functions, and related quantities must therefore be corrected for radiation transfer and dust effects. The implications from our scenario on the duty-cycle of Lya emitters are also discussed.

연구 동기 및 목표

• 프로토타입 라이만 브레이크 은하인 MS 1512–cB58에서 Ly𝛼 선 프로파일과 강도의 기원을 이해하기 위해.
• UV 스펙트럼 피팅으로 예상되는 강력한 내재 발광과 관측된 약한 Ly𝛼 발광 간의 모순을 해소하기 위해.
• 고적도 성폭발에서 관측된 Ly𝛼 강도와 프로파일의 큰 변동성을 이끄는 주요 물리적 매개변수를 규명하기 위해.
• 복사전달과 먼지 효과만으로도 LBG 중에서 밝은 Ly𝛼 발광체가 관측되지 않는 이유를 설명할 수 있는지 테스트하기 위해.

제안 방법

• Verhamme 등(2006)의 3차원 Ly𝛼 복사전달 코드를 적용하여 먼지가 포함된, 운동학적으로 복잡한 은하간 매질을 통과하는 광자의 전파를 모델링하였다.
• 다중 파장 데이터로부터 얻은 적색편이, 날아다니는 속도(V_exp ≈ 250 km s⁻¹), 도플러 매개변수(b), HI 열량 밀도(N_H), 투과도(E(B-V)) 등의 관측 제약 조건을 사용하였다.
• 세 가지 기하구조를 탐색: 구형 대칭의 팽창 껍질, 전방면의 판, 그리고 뒤로 이동한 속도의 껍질로 관측된 프로파일을 재현하였다.
• 내재 Ly𝛼 선의 너비는 H𝛼 FWHM에서 유도하였으며, 내재 등가폭우(EW)와 뒤로 이동한 껍질의 속도(V_back)를 자유 매개변수로 설정하였다.
• 고해상도 UV 스펙트럼과 다중 파장 데이터(광학적, 은하간 매질, 발광선 적색편이 포함)를 사용하여 모델을 제약 조건화하였다.
• 관측된 Ly𝛼 프로파일과 강도를 시뮬레이션하기 위해 먼지 흡수와 산란을 포함한 복사전달 계산을 수행하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 MS 1512–cB58는 강력한 내재 UV 발광을 보이는데도 불구하고, 왜 강한 Ly𝛼 흡수 프로파일과 약한 상위 발광 피크를 보이며, 이는 어떤 물리적 조건 때문인가?
• RQ2 은하간 매질 내의 특정 조건—특히 N_H와 먼지 함량—은 이와 같은 LBG에서 관측된 Ly𝛼 프로파일과 강도를 어떻게 설명할 수 있는가?
• RQ3 복사전달과 먼지 효과만으로도 고적도 성폭발에서 관측된 Ly𝛼 등가폭우와 프로파일의 다양성을 설명할 수 있는가?
• RQ4 cB58에서 관측된 Ly𝛼 발광의 약한 강도는 내재적 특성 때문인가, 관측 편향 때문인가? 이는 은하의 별 형성 역사와 어떻게 관련되어 있는가?

주요 결과

• MS 1512–cB58의 관측된 Ly𝛼 프로파일이 처음으로 3차원 복사전달을 사용하여 성공적으로 재현되었으며, 뒤로 이동한 속도의 껍질 기하구조가 가장 좋은 맞춤을 보였다.
• cB58의 내재 Ly𝛼 발광은 최소 60 Å의 등가폭우를 가지며, 이는 강력한 발광이지만 먼지와 복사전달 효과로 억제된 것임을 시사한다.
• 고밀도의 HI 열량 밀도(N_H)와 먼지 투과도(E(B-V))의 조합은 관측된 흡수 지배 프로파일과 약한 발광 피크를 자연스럽게 생성한다.
• 모델은 복사전달과 먼지가 관측된 Ly𝛼 성질을 설명하는 데 충분하며, 짧은 수명 주기나 극단적인 별 형성 역사를 요구하지 않음을 보여준다.
• 이 연구는 대부분의 LBG가 내재적으로 강력한 Ly𝛼 발광(EW ≈ 60–80 Å 또는 그 이상)을 가지고 있으며, 관측된 변동성은 주로 N_H와 먼지 함량에 의해 이끌린다는 것을 시사한다.
• 관측된 Ly𝛼 광도 함수와 EW 분포는 복사전달과 먼지 효과를 보정해야 하며, 그렇지 않으면 고적도 은하 연구에서 체계적인 편향이 발생할 수 있다.