[논문 리뷰] Bright Lyman-alpha Emitters at z~9: constraints on the luminosity function from HiZELS

David Sobral, P. N. Best외 8명|arXiv (Cornell University)|2009. 06. 30.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 31인용 수 22

한 줄 요약

이 연구는 UKIRT/WFCAM를 사용한 밴드 필터 영상으로 z~9에서 밝은 라이만-알파 발광체에 대한 가장 넓은 영역의 조사 결과를 제시한다. 7.6×10⁴³ erg s⁻¹ 이상의 라이만-알파 발광체를 검출하지 못했음에도 불구하고, 이 조사는 z~6를 초월한 상당한 진화를 배제하는 엄격한 빛의 세기 함수 상한선을 설정하였으며, 주요 적색편이 창에서 T-형 항 星의 오염 위험을 부각시켰다.

ABSTRACT

New results are presented, as part of the Hi-z Emission Line Survey (HiZELS), from the largest area survey to date (1.4 sq.deg) for Lyman-alpha emitters (LAEs) at z~9. The survey, which is primarily targeting H-alpha emitters at z<3, uses the Wide Field CAMera on the United Kingdom Infrared Telescope and a custom narrow-band filter in the J band and reaches a Lyman-alpha luminosity limit of ~10^43.8 erg/s over a co-moving volume of 1.12x10^6 Mpc^3 at z=8.96+-0.06. Only 2 candidates were found out of 1517 line emitters and those were rejected as LAEs after follow-up observations. The limit on the space density of bright LAEs is improved by 3 orders of magnitude, consistent with suppression of the bright end of the Lyman-alpha luminosity function beyond z~6. Combined with upper limits from smaller but deeper surveys, this rules out some of the most extreme models for high-redshift LAEs. The potential contamination of future narrow-band Lyman-alpha surveys at z>7 by Galactic brown dwarf stars is also examined, leading to the conclusion that such contamination may well be significant for searches at 7.7

연구 동기 및 목표

• 지금까지 가장 넓은 영역의 조사로 z~9에서 밝은 라이만-알파 발광체의 빛의 세기 함수를 제약하기 위해.
• 라이만-알파 발광체의 공간 밀도를 측정하여 고적색편이 은하 진화 및 재이온화 모델을 시험하기 위해.
• 미래의 밴드 필터 라이만-알파 조사에서 갈락티카 T-형 항 星의 잠재적 오염을 평가하기 위해.
• 재이온화 시기 동안 중성에서 이온화된 간은은하간 매질로의 전이를 이해하기 위해.
• 특히 강한 분자 특징이 있는 대기 창에서, 고적색편이 조사에서 밴드 필터 선택 기법의 신뢰성을 평가하기 위해.

제안 방법

• UKIRT의 WFCAM를 사용하여 1.4 deg² 영역에서 J 대역(λ=1.211±0.015 μm)에서 깊은 밴드 필터 영상 촬영을 수행하였다.
• 넓은 밴드 대비 좁은 밴드 필터에서의 과잉 흐름을 통해 후보자를 선별한 후, 고적색편이 발광체를 분리하기 위해 라이만-브레이크 선택 기법을 적용하였다.
• CGS4를 사용하여 후속 스펙트로스코피를 수행하여 후보 라이만-알파 발광체의 확정 또는 기각을 수행하였다.
• T-형 항 星의 근적외선 스펙트럼을 분석하여, 밴드 필터 색상-색상 다이어그램에서 라이만-알파 발광체를 모방할 수 있는지를 평가하였다.
• 더 깊고 작은 조사의 상한선 결과를 조합하여 고적색편이 라이만-알파 빛의 세기 함수를 제약하였다.
• SED 피팅 및 광도 색상 분석을 통해 밴드 필터 결함 샘플 내 잠재적 T-형 항 星 오염 물질을 식별하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 z~9에서 밝은 라이만-알파 발광체의 공간 밀도는 얼마이며, 낮은 적색편이 영역과 비교해 볼 때 어떻게 다를까?
• RQ2 z~6를 초월하여 라이만-알파 빛의 세기 함수는 어느 정도 진화하는가? 이는 재이온화 모델에 어떤 함의를 갖는가?
• RQ3 T-형 항 星은 밴드 필터 조사에서 라이만-알파 발광체를 어느 정도 모방할 수 있으며, 오염이 가장 심각한 적색편이 범위는 어디인가?
• RQ4 이 넓은 영역 조사의 결과는 고적색편이 빛의 세기 함수를 제약하는 데 있어 더 깊고 작은 조사와 어떻게 비교되는가?
• RQ5 미래의 밴드 필터 라이만-알파 조사에서 냉각된 별성체에 의한 오염이 가장 취약한 적색편이 창은 어디인가?

주요 결과

• 1.4 deg² 영역의 조사에서 빛의 세기 7.6×10⁴³ erg s⁻¹ 이상의 라이만-알파 발광체는 검출되지 않았으며, 이는 z~9에서 밝은 발광체의 공간 밀도에 대한 엄격한 상한선을 설정하였다.
• 이전 제약보다 공간 밀도 상한선이 세 배수 수준 향상되어, z~6를 초월하여 빛의 세기 함수의 밝은 꼬리가 강하게 억제됨을 시사한다.
• 이 결과는 z~6를 초월해 라이만-알파 빛의 세기 함수가 상당한 양의 진화를 겪는다는 예측을 하는 모델들과 부합하지 않으며, 일부 극단적인 이론 모델을 배제한다.
• T-형 항 星는 강한 메탄 및 암모니아 흡수 특징으로 인해 적색편이 7.7<z<8.0, 9.1<z<9.5, 및 11.7<z<12.2 범위에서 밴드 필터 색상-색상도에서 라이만-알파 발광체를 모방할 수 있다.
• 적색편이 8.0<z<9.1 범위(예: z=8.96에서 HiZELS, z=8.8에서 UltraVISTA 포함)의 조사는 T-형 항 星 오염으로부터 자유롭고, 오히려 밴드 필터 결함 기준을 통해 T-형 항 星를 검출할 수도 있다.
• 조사에서 T-형 항 星 후보자는 발견되지 않았으며, 밴드 필터 결함 소스 중 어느 것도 z(AB)−J>3 색상을 갖지 않아, 모두 z_photo~1.4–1.5로 낮은 적색편이 은하에 가장 잘 맞는 것으로 분석되었다.