[논문 리뷰] Emission-Line Galaxies from the HST PEARS Grism Survey I: The South Fields

Amber N. Straughn, Nor Pirzkal외 15명|arXiv (Cornell University)|2009. 07. 13.

Astronomy and Astrophysical Research인용 수 22

한 줄 요약

이 연구는 허블 우주망원경 PEARS 남부 영역에서 저해상도 그리즘 스펙트로스코피를 사용하여 발광선은 피우는 은하(ELGs)에 대한 종합적인 분석을 제시한다. 2차원 스펙트럼 추출 방법을 적용하여 개별적인 성간 형성 영역을 탐지함으로써, 저자들은 118개의 새로운 분광학적 적색편이를 특정하고, 선 밝기와 항성 형성률을 측정하며, ELGs의 거대한 HII 영역이 은하의 반광도 반경 근처에 선호적으로 분포함을 발견한다—지역 은하와 일치하는 바, z ~ 0.5까지의 범위에서 보편적인 반경 분포 패턴이 존재함을 시사한다.

ABSTRACT

We present results of a search for emission-line galaxies in the Southern Fields of the Hubble Space Telescope PEARS (Probing Evolution And Reionization Spectroscopically) grism survey. The PEARS South Fields consist of five ACS pointings (including the Hubble Ultra Deep Field) with the G800L grism for a total of 120 orbits, revealing thousands of faint object spectra in the GOODS-South region of the sky. Emission-line galaxies (ELGs) are one subset of objects that are prevalent among the grism spectra. Using a 2-dimensional detection and extraction procedure, we find 320 emission lines orginating from 226 galaxy "knots'' within 192 individual galaxies. Line identification results in 118 new grism-spectroscopic redshifts for galaxies in the GOODS-South Field. We measure emission line fluxes using standard Gaussian fitting techniques. At the resolution of the grism data, the H-beta and [OIII] doublet are blended. However, by fitting two Gaussian components to the H-beta and [OIII] features, we find that many of the PEARS ELGs have high [OIII]/H-beta ratios compared to other galaxy samples of comparable luminosities. The star-formation rates (SFRs) of the ELGs are presented, as well as a sample of distinct giant star-forming regions at z~0.1-0.5 across individual galaxies. We find that the radial distances of these HII regions in general reside near the galaxies' optical continuum half-light radii, similar to those of giant HII regions in local galaxies.

연구 동기 및 목표

• 허블 우주망원경의 초고해상도 영역과 그 주변의 네 개의 ACS 점조명을 대상으로 그릭스 스펙트로스코피를 사용하여 발광선은 피우는 은하(ELGs)를 식별하고 특성화하는 것.
• 연속 스펙트럼에 의해 가려지는 경우가 많은 개별적인 항성 형성 영역을 탐지함으로써 표준 은하 통합 스펙트럼 추출 기법을 개선하는 것.
• 큰 수의 희미하고 고적색편이를 가진 ELGs에 대해 발광선 유량을 측정하고 항성 형성률(SFRs)을 유도하며 분광학적 적색편이를 결정하는 것.
• ELGs 내부의 거대한 HII 영역의 공간 분포를 조사하고 지역 은하와의 반경적 구조를 비교하는 것.

제안 방법

• 연속 스펙트럼에 의해 오염되는 것을 방지하기 위해, 2차원 탐지 및 추출 기법을 그릭스 스펙트럼에 적용하여 은하 내부의 개별 발광선 영역을 분리하였다.
• 발광선은 가우시안 프로파일을 사용하여 피팅하였으며, Hβ와 [O iii]는 유량과 선 비율을 측정하기 위해 혼합 성분으로 모델링하였다.
• 파장 비율을 사용하거나 사전에 확보된 광학적 적색편이를 초기 추정치로 삼아 분광학적 적색편이를 결정하였다.
• 항성 형성률(SFRs)은 Hα 및 [O ii] 선 유량을 사용하여 계산하였으며, 다수의 선이 가용한 경우 [O iii] SFRs도 유도하였다.
• 각 은하의 반광도 반경에 따라 항성 형성 영역의 반경 분포를 정규화하여 지역 HII 영역 샘플과 비교하였다.
• 고 [O iii]/Hβ 비율과 높은 이온화 수준을 기반으로 AGN 후보자를 식별하였으며, SDSS AGN 샘플과 비교하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 고적색편이를 가진 발광선은 피우는 은하 내부의 거대한 HII 영역 분포는 어떻게 되며, 지역 은하와 어떻게 비교되는가?
• RQ2 PEARS 남부 영역의 ELGs의 선 밝기와 항성 형성률은 다른 고적색편이 및 지역 샘플과 비교하여 어떠한가?
• RQ3 저해상도 그릭스 스펙트럼에서 혼합된 Hβ와 [O iii] 선이 AGN 후보자 식별에 얼마나 신뢰성 있게 기여하는가?
• RQ4 PEARS 남부 영역의 ELGs 중 얼마나 많은 비율이 다수의 구분 가능한 항성 형성 영역을 포함하고 있으며, 그들의 공간 분포는 어떠한가?
• RQ5 표준 은하 통합 추출 기법에 비해 2차원 스펙트럼 추출 기법은 희미하고 공간적으로 분해 가능한 발광선 영역을 탐지하는 데 얼마나 효과적인가?

주요 결과

• 192개의 개별 은하 내 226개의 은하 영역에서 총 320개의 발광선이 탐지되었으며, [O iii], Hα, [O ii]가 가장 흔한 선이었다.
• GOODS-South 영역의 은하들에 대해 총 118개의 새로운 분광학적 적색편이가 측정되었으며, 이는 알려진 고적색편이 ELGs 샘플을 크게 확장한 것이다.
• 많은 PEARS ELGs는 높은 [O iii]/Hβ 비율을 보이며, 이는 AGN 또는 강력한 항성 형성과 관련된 높은 이온화 조건을 시사한다.
• PEARS 은하의 거대한 항성 형성 영역의 반경 분포가 반광도 반경 근처에서 최대를 보이며, M101, M33, M51 등의 지역 은하와 일치하는 바, 이는 보편적인 패턴을 시사한다.
• 고 이온화 수준을 기반으로 식별된 AGN 후보자들은 BPT 다이어그램의 고광도·고이온화 영역에 위치하며, SDSS AGN와 유사한 특성을 보였다.
• 2차원 추출 기법은 z ~ 0.5까지의 희미하고 고적색편이를 가진 시스템에서 공간적으로 분해된 항성 형성 영역을 성공적으로 분리하였으며, 희미하고 고적색편이를 가진 천체의 내부 은하 구조를 연구하는 데 효과적임을 입증하였다.