[논문 리뷰] A search for clusters at high redshift - III. Candidate H-alpha emitters and EROs in the PKS 1138-262 proto-cluster at z=2.16

J. D. Kurk, L. Pentericci외 2명|ArXiv.org|2004. 10. 07.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena인용 수 61

한 줄 요약

이 연구는 깊은 VLT 영상 분석을 통해 적색편이 z=2.16인 방사선 은하 PKS 1138−262 주변에서 고적색편이 원시 은하단을 규명하였다. Hα 방출체 40개와 극도로 빨간색인 물체(EROs) 44개를 탐지하였으며, 이들은 방사선 은하 주변에서 밀도가 높게 분포되어 있다. 이러한 인구들의 공간적 군집화와 적색편이 일致성은 이 시스템이 질량 약 ~10¹⁵ M☉인 밀도 높고 진화 중인 은하단의 원형 구조임을 확인한다.

ABSTRACT

In this paper we present deep VLT multi wavelength imaging observations of the field around the radio galaxy PKS 1138-262 aimed at detecting and studying a (potential) proto-cluster centered at this radio source. PKS 1138-262 is a massive galaxy at z=2.16, located in a dense environment as indicated by optical, X-ray and radio observations. We had already found an over-density of Ly-alpha emitting galaxies in this field, consistent with a proto-cluster structure associated with the radio galaxy. In addition, we find 40 candidate H-alpha emitters that have nominal rest frame equivalent width > 25 Angstrom within 1.8 Mpc and 2000 km/s of the radio galaxy. Furthermore, we find 44 objects with I - K > 4.3. This number of extremely red objects (EROs) is about twice the number found in blank field ERO surveys, suggesting that some EROs in this field are part of the proto-cluster. The density of H-alpha emitters and extremely red objects increases towards the radio galaxy, indicating a physical association. From comparisons with other K band, ERO, H-alpha and Ly-alpha surveys, we conclude that PKS 1138-262 is located in a density peak which will evolve into a cluster of galaxies.

연구 동기 및 목표

• 다중 파장 영상 분석을 통해 적색편이 z=2.16인 방사선 은하 PKS 1138−262 주변에서 고적색편이 원시 은하단 존재 여부를 조사하기 위해.
• 밀도가 높은 초기 환경에서 은하 인구를 탐색하기 위해 현장에서 후보 Hα 방출체와 극도로 빨간색인 물체(EROs)를 식별하고 특성화하기 위해.
• Hα 방출체와 EROs의 초과 밀도가 방사선 은하와 물리적으로 연관되어 있으며, 형성 중인 은하단을 시사하는지 판단하기 위해.
• Hα 방출체와 Lyα 방출체의 공간 분포 및 물리적 성질을 비교하여 진화 단계와 환경적 영향을 추론하기 위해.

제안 방법

• PKS 1138−262 현장에서 은하 탐지를 위해 VLT를 이용한 깊은 근적외선 Ks 대역 및 옵티컬 영상 촬영을 수행하였다.
• Hα 선에서의 잔여 프로필 등가폭이 25 Å 이상인 후보 Hα 방출체는 i′- 및 r′-대역 영상과 색상 선택 기반으로 선별하였다.
• 극도로 빨간색인 물체(EROs)는 I−K > 4.3 색상 선택 기반으로 식별하였으며, 이는 고적색편이 은하에서 고체 별성 인구 또는 먼지 흡수를 나타내는 지표이다.
• 공간 군집 분석을 수행하여 Hα 방출체와 EROs가 방사선 은하 및 빈 필드 조사 대비 초과 밀도를 보이는지 평가하였다.
• 색상-등급도(J−K 대비 K)를 구성하여 z=2.2에서의 수동적 타원은하 모델과 관측 인구를 비교하였다.
• Lyα 방출체 후보는 적외선 데이터와 교차 식별하여 Hα 방출체와의 공간 분포 및 Lyα/Hα 복사율 비율을 비교하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 PKS 1138−262 현장에서 Hα 방출체와 EROs가 z=2.16에서 원시 은하단과 일치하는 유의미한 초과 밀도를 보이는가?
• RQ2 Hα 방출체와 EROs가 방사선 은하와 물리적으로 연관되어 있는가, 아니면 우연한 겹침인가?
• RQ3 이 고적색편이 환경에서 Hα 방출체의 공간 분포와 물리적 성질은 Lyα 방출체와 어떻게 비교되는가?
• RQ4 PKS 1138−262 주변 원시 은하단의 구조에 대한 추정 질량과 진화 잠재력은 무엇인가?
• RQ5 관측된 EROs와 Hα 방출체는 고적색편이에서 수동적 타원은하인지, 아니면 먼지가 많은 성간 형성 은하인가?

주요 결과

• 방사선 은하에서 1.8 Mpc 이내 및 2000 km s⁻¹ 이내에 총 40개의 후보 Hα 방출체가 관측되었으며, 이는 잔여 프로필 등가폭이 25 Å 이상이었다. 이는 높은 밀도 환경을 시사한다.
• I−K > 4.3 조건을 만족하는 44개의 EROs가 식별되었으며, 빈 필드 조사 대비 표면 밀도가 약 두 배 높아, 원시 은하단과 관련된 물리적 초과 밀도임을 시사한다.
• Hα 방출체와 EROs의 공간 밀도는 방사선 은향 쪽으로 증가하며, 이는 이들이 원시 은하단 구조와 물리적으로 연관되어 있음을 확인한다.
• Hα 방출체는 일반적인 Lyα 방출체보다 낮은 Lyα/Hα 복사율(≤1.1)을 보이며, 이는 상당한 먼지 흡수 또는 중성 수소 흡수를 의미한다.
• 두 개의 Hα 방출체는 ERO로도 분류되었으며, 이는 z≈2.2에서 먼지가 많은 성간 폭발형 은하일 가능성이 높음을 시사한다. 이는 밀도 높은 환경에서의 고적색편이 은하 형성과 일치한다.
• Hα 방출체는 Lyα 방출체보다 공간적으로 더 농축되어 있으며, 더 진화된 상태일 가능성이 높다. 이는 원시 은하단의 잠재적 우주적 페널에 정착하고 있음을 시사한다.