[논문 리뷰] Damped Lyman alpha systems and disk galaxies: number density, column density distribution and gas density

S. Boissier, Céline Péroux외 1명|CERN Bulletin|2002. 08. 26.

Scientific Research and Discoveries참고 문헌 2인용 수 40

한 줄 요약

이 논문은 진화하는 디스크은하 모델(저표면 brightness 및 고표면 brightness 유형 포함)과 관측된 감쇠된 라이만-알파 시스템(DLAs)의 성질을 비교하여 DLA 인구에 기여하는지를 평가한다. 그 결과, 현재의 디스크은하는 z ≤ 2에서 DLA를 설명할 수 있지만, z > 3에서는 더 낮은 열량 밀도의 별개의 인구가 지배적이므로 초기 DLA의 원천은 오늘날의 디스크와 다를 것임을 시사한다.

ABSTRACT

We present a comparison between the observed properties of damped Lyman alpha systems (DLAs) and the predictions of simple models for the evolution of present day disk galaxies, including both low and high surface brightness galaxies. We focus in particular on the number density, column density distribution and gas density of DLAs, which have now been measured in relatively large samples of absorbers. From the comparison we estimate the contribution of present day disk galaxies to the population of DLAs, and how it varies with redshift. Based on the differences between the models and the observations, we also speculate on the nature of the fraction of DLAs which apparently do not arise in disk galaxies.

연구 동기 및 목표

• 현재의 디스크은하(저표면 brightness(_LSB) 및 고표면 brightness(HSB) 유형 포함)가 관측된 감쇠된 라이만-알파 시스템(DLAs)의 성질을 얼마나 설명할 수 있는지 평가하기 위해.
• 우주 시간에 걸쳐 관측 데이터와 비교하여 모델 예측의 DLA 수밀도, 열량 밀도 분포, 총 중성가스 질량 밀도(Ω_DLA)를 평가하기 위해.
• 높은 가스 함량과 넓은 크기를 지닌 LSB 은하가 DLA 인구에 기여하는 역할을 조사하기 위해.
• 현재 DLA 샘플에서 먼지에 의한 편향이 DLA 통계 해석에 영향을 주는지 평가하기 위해.
• 고적색변위에서 모델과 관측 결과 간의 괴리로 인해 초기 DLA 원천의 성격에 대한 함의를 탐색하기 위해.

제안 방법

• 저자들은 디스크은하의 화학적 및 스펙트로광학적 진화 모델(Boissier & Prantzos 2000)을 사용하여, LSB 및 HSB 은하를 포함한 H I 가스 디스크의 형성과 진화를 시뮬레이션한다.
• 모델에서 단위 적색변위당 DLA 수밀도(dn/dz), 열량 밀도 분포 f(N,z)dNdX, 그리고 DLA에 의해 추적되는 총 중성가스 질량 밀도(Ω_DLA)를 계산한다.
• 모델는 H₀ = 65 km s⁻¹ Mpc⁻¹, Ω_M = 0.3, Ω_Λ = 0.7 등의 천체물리적 파rameter를 사용하여 캘리브레이션되며, 시간에 따른 기체 유입, 항성 형성, 금속 농도 증가를 포함한다.
• 열량 밀도 분포는 관측 데이터에 대한 Γ-함수 피팅을 사용하며, f(N,z)dNdX는 스택된 QSO 스펙트럼과 흡수 경로 길이(X(z) = ∫₀^z c/H₀ (1+z)² E(z) dz)로부터 유도된다.
• 모델 예측은 z ≈ 0에서 z ≈ 4.5까지 다양한 적색변위에서 여러 조사(예: Péroux et al. 2002, Storrie-Lombardi et al. 1996)의 관측 데이터와 비교된다.
• DLA를 포함하는 QSO 필드의 이미징 데이터는 모델의 은하 형상, 등급, 영향 거리와 관측된 DLA 흡수체 주변 천체를 비교하는 데 사용된다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 현재의 디스크은하(저표면 brightness 및 고표면 brightness 유형 포함)의 원천으로서 z ≤ 2에서 관측된 DLA 수밀도는 어느 정도 재현될 수 있는가?
• RQ2 모델 예측의 열량 밀도 분포와 총 Ω_DLA는 DLA의 관측 통계적 성질과 얼마나 잘 일치하는가?
• RQ3 넓은 크기와 높은 가스 비율을 지닌 LSB 은하가 DLA 인구에 기여하는 비율은 어떠한가?
• RQ4 먼지 흡수로 인한 편향이 관측된 DLA 샘플에 영향을 미쳐 고열량 밀도, 고금속도 시스템이 부족하게 나타나는가?
• RQ5 왜 모델은 z > 3에서 DLA 통계를 재현하지 못하며, 이는 고적색변위 DLA 원천의 성격에 대해 어떤 함의를 갖는가?

주요 결과

• 모델은 z ≤ 2에서 DLA 수밀도와 관측 오차 범위 내에서 DLA에 의해 추적되는 총 중성가스 질량의 약 절반(Ω_DLA)을 성공적으로 재현한다.
• 저표면 brightness(_LSB) 은하는 크기와 높은 가스 함량으로 인해 H I 흡수 단면적을 크게 증가시키므로, 고표면 brightness(HSB) 은하와 유사한 기여도를 DLA 인구에 기여한다.
• 관측된 DLA 흡수체의 영향 거리 분포는 모델 예측보다 더 좁고, 작은 거리에서 더 뚜렷한 피크를 보이며, 이는 DLA 주변 천체가 모델보다 더 높은 농도로 집중되어 있음을 시사한다.
• 모델은 z ≈ 4에서 깊은 이미징 조사에서 관측된 매우 흐린 DLA 생성 은하(약 1/4 L*)의 존재를 예측하지 못한다.
• z > 3에서는 현재의 디스크은하 성질을 외삽하여 관측된 DLA 수밀도와 열량 밀도 분포를 설명할 수 없으며, 이는 고적색변위에서 낮은 열량 밀도의, 가능성이 있는 은하 이하 수준의 원천이 지배적임을 시사한다.
• DLA 샘플에서 먼지에 의한 편향은 Ω_DLA에 대해 미미한 영향을 미치며, CORALS 조사 결과와 일치하여 현재 DLA 통계는 잠재적 흡수 효과에도 불구하고 신뢰할 수 있음을 시사한다.