[논문 리뷰] Herschel-ATLAS and ALMA: HATLAS J142935.3-002836, a lensed major merger at redshift 1.027

Hugo Messias, S. Dye외 30명|Americanae (AECID Library)|2014. 06. 18.

Galaxies: Formation, Evolution, PhenomenaPhysics and Astronomy참고 문헌 127인용 수 20

한 줄 요약

이 연구는 허셀-ATLAS와 ALMA의 다중 파장 데이터를 사용하여 HATLAS J142935.3-002836이 z = 1.027에서 강한 렌즈 효과를 겪는 주요 합성은 것으로 확인한다. 이 시스템은 10배의 확대를 보이며, 질량이 크고 가스가 풍부한 합성으로서 연간 394 M☉ yr⁻¹의 항성 형성률과 117 Myr의 가스 고갈 timescale을 가지며, 렌즈 효과를 통한 고적색도 은하 진화에 대한 통찰을 제공한다.

ABSTRACT

[Abridged] Aims: This work focuses on one lensed system, HATLAS J142935.3-002836 (H1429-0028), selected in the Herschel-ATLAS field. Gathering a rich, multi-wavelength dataset, we aim to confirm the lensing hypothesis and model the background source's morphology and dynamics, as well as to provide a full physical characterisation. Methods: Multi-wavelength high-resolution data is utilised to assess the nature of the system. A lensing-analysis algorithm which simultaneously fits different wavebands is adopted to characterise the lens. The background galaxy dynamical information is studied by reconstructing the 3-D source-plane of the ALMA CO(J:4-3) transition. Near-IR imaging from HST and Keck-AO allows to constrain rest-frame optical photometry independently for the foreground and background systems. Physical parameters (such as stellar and dust masses) are estimated via modelling of the spectral energy distribution taking into account source blending, foreground obscuration, and differential magnification. Results: The system comprises a foreground edge-on disk galaxy (at z_sp=0.218) with an almost complete Einstein ring around it. The background source (at z_sp=1.027) is magnified by a factor of ~8-10 depending on wavelength. It is comprised of two components and a tens of kpc long tidal tail resembling the Antennae merger. As a whole, the system is a massive stellar system (1.32[-0.41,+0.63] x1E11 Mo) forming stars at a rate of 394+-90 Mo/yr, and has a significant gas reservoir M_ISM = 4.6+-1.7 x1E10 Mo. Its depletion time due to star formation alone is thus expected to be tau_SF=M_ISM/SFR=117+-51 Myr. The dynamical mass of one of the components is estimated to be 5.8+-1.7 x1E10 Mo, and, together with the photometric total mass estimate, it implies that H1429-0028 is a major merger system (1:2.8[-1.5,+1.8]).

연구 동기 및 목표

• 다중 파장 고해상도 데이터를 사용하여 HATLAS J142935.3-002836의 중력 렌즈 성격을 확인한다.
• ALMA CO(4→3) 복사선을 활용하여 배경 소스의 형태와 역학을 3차원 소스 평면 재구성 기법으로 모델링한다.
• 렌즈 효과를 고려하여 별과 먼지 질량, SFR, 가스 저축 등의 물리적 특성을 종합적으로 특성화한다.
• HST와 Keck-AO의 근적외선 영상 데이터를 활용하여 전경 렌즈와 배경 소스의 광학적 및 역학적 기여를 분리한다.
• 융합 성분 간 질량 비율과 역학적 질량을 평가하여 이 시스템이 주요 합성임을 확인한다.

제안 방법

• 다중 파장 데이터를 동시에 피팅하여 렌즈 시스템을 모델링하고 렌즈 질량 분포를 유도하는 렌즈 분석 알고리즘을 적용한다.
• ALMA CO(4→3) 복사선을 활용하여 배경 소스의 3차원 구조를 재구성하고, 그 운동학적 특성과 역학적 질량을 추론한다.
• HST와 Keck-AO의 근적외선 영상 데이터를 활용하여 전경 렌즈와 배경 소스의 고유 파장 영역에서의 광학적 복사계수를 확보하여 빛의 혼합을 분리한다.
• 소스 혼합, 전경 차폐, 이방성 확대를 고려한 스펙트럼 에너지 분포(SED) 모델링을 수행하여 물리적 매개변수를 추정한다.
• 다양한 파장에서 확대 계수(μ ≈ 8–10)를 계산하여 질량 및 SFR 추정치의 렌즈 증폭 효과를 보정한다.
• CO 운동학적 질량 추정치와 광학적 질량 추정치를 활용하여 융합 성분 간 질량 비율을 유추한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 HATLAS J142935.3-002836는 중력 렌즈 효과를 겪는가? 렌즈 시스템의 성격은 무엇인가?
• RQ2 고적색도 배경 소스의 형태, 운동학, 역학적 질량은 무엇인가?
• RQ3 별 질량, 먼지 질량, 항성 형성률, 가스 저축 등의 물리적 성질은 무엇인가?
• RQ4 융합 성분 간 질량 비율은 무엇이며, 이 시스템은 주요 합성으로 간주될 수 있는가?
• RQ5 렌즈 확대 효과와 이방성 증폭은 유도된 물리적 매개변수에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• 이 시스템은 전경의 경사진 디스크 은하(지수 0.218)가 거의 완전한 아이언스타인 링을 형성하면서 강한 렌즈 효과를 겪는 주요 합성이다.
• 배경 소스(지수 1.027)는 파장에 따라 약 μ ≈ 8–10의 비율로 확대되어 고해상도 연구가 가능하다.
• 총 별 질량은 1.32⁺⁰.⁶³₋₀.⁴¹ × 10¹¹ M☉이며, 항성 형성률은 394 ± 90 M☉ yr⁻¹이다.
• 은하간성 매질(ISM)의 가스 질량은 4.6 ± 1.7 × 10¹⁰ M☉이며, 항성 형성으로 인해 117 ± 51 Myr의 가스 고갈 timescale을 가진다.
• 융합 성분 중 하나의 역학적 질량은 5.8 ± 1.7 × 10¹⁰ M☉이며, 총 질량 비율은 1:2.8⁺¹.⁸₋₁.⁵로 주요 합성임을 확인한다.
• 수십 kpc에 이르는 tidal tail를 보이며, 앤티나스 합성과 유사한 모습을 보여 최근 또는 현재 진행 중인 융합을 시사한다.