[논문 리뷰] Compact Lyman-alpha Emitting Candidates at z~2.4 in Deep Medium-band HST WFPC2 Images

S. M. Pascarelle, Rogier A. Windhorst외 1명|arXiv (Cornell University)|1998. 09. 14.

Radio Astronomy Observations and Technology인용 수 32

한 줄 요약

이 연구는 깊은 허블 우주망원경 WFPC2 중역대(F410M) 이미지에서 세 개의 무작위 고위도 영역에서 적색편이 z≈2.4인 18개의 밀도 높은 라이만-알파 방출 후보를 특정하여, 이러한 은하 이하 크기의 덩어리가 초기 우주에서 널리 퍼져 있으며 현재의 은하들을 구성하는 데 중요한 기초가 되었을 가능성이 있음을 확인한다. 연구 결과는 계층적 은하 형성 모델을 지지하며, 필드 간 상당한 변동성이 있음을 통해 z≈2.4에서 대규모 구조가 존재할 가능성을 시사한다.

ABSTRACT

Medium-band imaging with HST/WFPC2 in the F410M filter has previously revealed a population of compact Lyman-alpha emission objects around the radio galaxy 53W002 at z~2.4. We report detections of similar objects at z~2.4 in random, high-latitude HST parallel observations of three additional fields, lending support to the idea that they constitute a widespread population at these redshifts. The three new fields contain 18 Lyman-alpha candidates, in contrast to the 17 detected in the deeper exposure of the single WFPC2 field around 53W002. We find substantial differences in the number of candidates from field to field, suggesting that significant large-scale structure is already present in the galaxy distribution at this cosmic epoch. The likely existence of z~2.4 sub-galactic clumps in several random fields shows that these objects may have been common in the early universe and strengthens the argument that such objects may be responsible for the formation of a fraction of the luminous present-day galaxies through hierarchical merging.

연구 동기 및 목표

• z≈2.4에서 밀도 높은 라이만-알파 방출 은하 이하 크기의 덩어리가 전체 하늘에 널리 퍼져 있는지, 아니면 53W002 전파 은하계 영역에 국한되어 있는지 테스트하기 위해
• 이러한 덩어리들이 고적색편이에서 대규모 구조에 집중되어 있는지 여부를 평가하여 계층적 은하 형성 모델과 일치하는지 확인하기 위해
• 얕은 중역대 이미징을 통해 고적색편이 라이만-알파 방출체의 공간 밀도와 광도 함수를 제약하기 위해
• HST의 WFPC2 중역대 필터가 고적색편이 방출선 물체를 탐지하는 데 가지는 한계를 평가하기 위해
• 미래의 망원경에서 개선된 필터 커버리지로 더 깊은 설문 조사에 기초를 마련하기 위해

제안 방법

• 허블 우주망원경/WFPC2를 사용하여 F410M 필터(적색편이 z≈2.4에서 라이만-알파에 중심을 두고 있음)로 세 개의 무작위 고위도 평행 영역에서 깊은 중역대 이미징을 수행함
• F410M 이미지에서 밀도 높은, 확산형, 점광원 형태의 소스를 추출하고 광도 측정하여 라이만-알파 후보를 식별함
• 필드 간 후보 수 비교를 통해 공간 집중도 및 대규모 구조 여부 평가함
• 53W002 영역에서의 이전 성공률(~70%)을 바탕으로 분광학적 확인률 추정함
• 완전성과 일관성 평가를 위해 허블 심도우주망원경(HDF) 광도 함수와 교차 비교함
• 기존 설문 조사 기반으로 고적색편이 은하에서 라이만-알파 방출의 누락(최대 약 0.3 dex)을 보정함

실험 결과

연구 질문

• RQ1 z≈2.4에서 밀도 높은 라이만-알파 방출 은하 이하 크기의 덩어리는 하늘 전체에 널리 퍼져 있는 일반적인 인구인지, 아니면 53W002 영역에 국한되어 있는가?
• RQ2 이러한 후보의 공간 분포는 z≈2.4에서 집중 또는 대규모 구조의 증거를 보이는가?
• RQ3 이러한 후보의 관측된 수와 광도 함수는 허블 심도우주망원경 및 기타 설문 조사와 어떻게 비교되는가?
• RQ4 고적색편이 은하에서 라이만-알파 방출이 차폐 또는 공명 산란로 인해 얼마나 많이 누락되고 있는가?
• RQ5 HST/WFPC2 중역대 필터가 고적색편이 방출선 물체를 탐지하는 데 가지는 한계는 무엇인가?

주요 결과

• 세 개의 무작위 허블 우주망원경 평행 영역에서 z≈2.4에서 총 18개의 밀도 높은 라이만-알파 방출 후보가 탐지되어, 53W002 영역 외부에서도 널리 퍼져 있는 인구임을 시사한다.
• 후보 수의 필드 간 변동성(총 18개, 필드 간 상당한 차이 존재)은 z≈2.4에서 대규모 구조 또는 집중 현상이 존재할 가능성을 시사한다.
• 후보의 관측된 광도 함수는 M_F450W_AB ≲ -19.5 범위에서 SLY97의 허블 심도우주망원경 데이터와 일치하며, 라이만-알파 방출 누락 보정으로 더욱 밀접하게 일치함.
• 53W002 영역에서의 70% 성공률을 가정할 경우, 18개 후보 중 약 13개가 분광학적으로 확인될 것으로 예상된다.
• 이러한 은하 이하 크기의 덩어리가 초기 우주에서 흔했으며, z≈2–3에서 어두운 꼬리 은하 수의 약 50% 기여했을 가능성이 있음을 지지한다.
• 이 연구는 HST/WFPC2의 좁은 중역대 필터 세트(오직 F410M와 F467M만 존재)가 고적색편이 방출선 설문 조사에 효율적이지 못하며, 고급 카메라에 적합한 필터가 부족함을 드러낸다.