[논문 리뷰] High-redshift star formation in the ALMA era

Jacqueline Hodge, Elisabete da Cunha|arXiv (Cornell University)|2020. 04. 02.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 636인용 수 33

한 줄 요약

ALMA가 극적으로 고적색편이에서 먼지에 의해 가려진 별 형성 연구를 새로운 해상도, 민감도, 스펙트럼 능력으로 가능하게 하여, 정밀 위치 결정, 해상화된 ISM 연구, 그리고 전통적인 SMGs를 넘어서는 더 희미한 은하 population의 탐사를 가능하게 한다.

ABSTRACT

The Atacama Large Millimetre/submillimetre Array (ALMA) is currently in the process of transforming our view of star-forming galaxies in the distant ($z\gtrsim1$) universe. Before ALMA, most of what we knew about dust-obscured star formation in distant galaxies was limited to the brightest submillimetre sources$-$the so-called submillimetre galaxies (SMGs)$-$and even the information on those sources was sparse, with resolved (i.e., sub-galactic) observations of the obscured star formation and gas reservoirs typically restricted to the most extreme and/or strongly lensed sources. Starting with the beginning of early science operations in 2011, the last nine years of ALMA observations have ushered in a new era for studies of high-redshift star formation. With its long baselines, ALMA has allowed observations of distant dust-obscured star formation with angular resolutions comparable to$-$or even far surpassing$-$the best current optical telescopes. With its bandwidth and frequency coverage, it has provided an unprecedented look at the associated molecular and atomic gas in these distant galaxies through targeted follow-up and serendipitous detections/blind line scans. Finally, with its leap in sensitivity compared to previous (sub-)millimetre arrays, it has enabled the detection of these powerful dust/gas tracers much further down the luminosity function through both statistical studies of color/mass-selected galaxy populations and dedicated deep fields. We review the main advances ALMA has helped bring about in our understanding of the dust and gas properties of high-redshift ($z\gtrsim1$) star-forming galaxies during these first nine years of its science operations, and we highlight the interesting questions that may be answered by ALMA in the years to come.

연구 동기 및 목표

• ALMA의 역량이 z > 1인 고적색편이 은하에서 먼지에 의해 가려진 별 형성 관측을 어떻게 바꾸는지 평가한다.
• ALMA를 이용한 submillimeter-selected galaxies (SMGs) 및 강하게 렌즈가 걸린 시스템의 진전에 대해 검토한다.
• 먼 거리의 별 형성 은하의 통계적 및 해상화된 ISM 특성을 요약한다.
• ALMA 설문 조사 및 후속 연구가 광도함수와 적색편이 범위를 어떻게 확장하는지 논의한다.

제안 방법

• ALMA의 핵심 역량(각도 해상도, 주파수 범위, 대역폭 및 민감도)을 설명한다.
• ALMA가 SMGs의 정밀 위치 결정과 대응 항목 식별을 어떻게 가능하게 하는지 설명한다.
• 높은-z 원천에서 다중성 및 렌징 효과를 해결하기 위한 접근법을 요약한다.
• 맹목적(blind) 및 표적화된 ALMA 설문 조사가 먼 은하의 가스 함량과 먼지 특성을 어떻게 제약하는지 개략한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 ALMA가 submillimetre 설계에서 식별된 먼지에 의해 가려진 먼 은하의 위치 결정 및 대응 항목 식별 능력을 어떻게 변화시켰는가?
• RQ2 ALMA 관측이 고적색편이 은하의 ISM 특성, 가스 분율 및 별 형성 법칙에 대해 무엇을 밝히고 있는가?
• RQ3 강하게 렌즈가 걸린 시스템과 맹목적 설문 조사가 ALMA 시대의 고-z 먼지 은하 인구와 우주 가스 밀도에 대한 우리의 이해를 얼마나 바꿔놓고 있는가?
• RQ4 ALMA-시대의 SMG 인구는 무엇으로 정의되며, 이것이 색상 및 질량으로 선택된 고-z 은하들과 어떻게 연결되는가?

주요 결과

• ALMA는 SMG의 서브아크초 분해 위치 결정이 가능하게 하여 정확한 대응 항목 식별과 적색편정 추정이 가능하다.
• ALMA는 단일 맥관 SMG 원천에서의 다중성을 해상화하여 이전 빔 안에 여러 서브밀리미터 은하를 밝힌다.
• 설문 조사 및 후속 연구를 통해 ALMA가 고-z 은하의 먼지/가스 특성, 공간적으로 해상화된 ISM 및 역학을 밝혀낸다.
• 깊은 ALMA 관측은 더 희미한 은하들을 조사하게 하여 전통적 SMG를 넘어 광도 함수를 확장한다.
• ALMA의 스펙트럴 능력은 다중 분자 및 원자선들을 통해 적색편정 확인 및 상세한 ISM 연구를 가능하게 한다.
• 렌징 및 소스 재구성 기술은 ALMA를 통해 고-z ISM 물리학 및 고유 소스 특성 측정의 정확성을 향상시킨다.