[논문 리뷰] Ly-alpha emitters in the GOODS-S field: a powerful pure nebular SED with N IV] emission at z=5.563

Anna Raiter, R. A. E. Fosbury외 1명|arXiv (Cornell University)|2009. 12. 22.

Astronomy and Astrophysical Research인용 수 17

한 줄 요약

이 연구는 GOODS-S 영역에서 적색이동 z = 5.563인 고적색이동 라이먼-알파 발광체를 특정하여 강한 N iv] 1486 Å 발광을 보이며, 스펙트럼 에너지 분포(Spectral Energy Distribution, SED)가 오래된 별집단이 아닌 순수한 이완 발광에 의해 지배된다는 것을 입증한다. CLOUDY를 사용한 광이온화 모델링을 통해, 뜨거운 블랙바디 이온화원(~100 kK)과 낮은 중성도(~5% 태양 중성도)가 관측된 SED를 재현하며, 이는 IRAC 대역에서 [O iii] 발광으로 인해 나타나는 것처럼 보이는 발레르 브레이크를 설명한다. 이는 이와 같은 천체를 이전에 고도로 진화된 시스템으로 해석한 것과 도전하는 바이다.

ABSTRACT

[abridged] From a sample of Ly-alpha emitters in the GOODS-S field with uncontaminated photometry and optical (red) spectroscopy, we select a spatially compact object at a redshift of 5.563 (Ly-alpha) that shows a second emission line, identified as N IV] 1486 A. The SED is modelled in a way that accounts for both the N IV] line emission and the photometry in a self-consistent way. The photoionization code CLOUDY is used to calculate a range of nebular models as a function of stellar ionizing source temperature, ionization parameter, density and nebular metallicity. We compare the theoretical and observed magnitudes and search for the model parameters that also reproduce the observed N IV] luminosity and equivalent width. A nebular model with a hot blackbody ionizing source of around 100 kK and a nebular metallicity of ~5% of solar is able to fit the observed SED and, in particular, explain the large apparent Balmer break which is inferred from the pure stellar population model fitting conventionally applied to multi-band photometric observations. In our model, an apparent spectral break is produced by strong [O III] 4959, 5007 A emission falling in one of the IR bands (IRAC1 in this case). A lower limit on the total baryonic mass of a model of this type is 3.2 x 10^8 Msun . It is argued that objects with Ly-alpha emission at high redshift that show an apparent Balmer break may have their SED dominated by nebular emission and so could possibly be identified with very young starbursting galaxies rather than massive evolved stellar populations. Detailed studies of these emission nebulae with large telescopes will provide a unique insight into very early chemical evolution.

연구 동기 및 목표

• 고적색이동 라이먼-알파 발광체에서 관측된 명백한 발레르 브레이크의 본질을 재평가하는 것. 기존에 이는 대규모이고 진화된 별집단으로 간주되어 왔다.
• 특히 강한 [O iii] 및 N iv] 선이 광학적 SED에서 발레르 브레이크처럼 보일 수 있는지 여부를 조사하는 것.
• 소스 GDS J033218.92−275302.7의 관측된 SED 및 선 발광을 재현할 수 있는 물리적 조건(이온화원 온도, 중성도, 밀도, 이온화 매개변수)을 규명하는 것.
• 이완 지배 SED가 초기 은하 형성 및 화학 진화에 끼치는 영향을 평가하는 것.

제안 방법

• HST/ACS, Spitzer/IRAC, 그리고 지상 기반 근적외선 기구의 광도를 사용하여 라이먼-알파 발광체 GDS J033218.92−275302.7의 전체 SED를 구성하였다.
• VIMOS/FORS2의 옵티컬 스펙트로스코피를 통해 적색이동(z = 5.563)을 확인하고, 1486 Å에서 두 번째 발광선이 N iv] 1486 Å임을 규명하였다.
• 이온화원 온도, 이온화 매개변수, 전자 밀도, 이완 중성도의 파rameter 공간을 탐색하기 위해 CLOUDY 코드를 사용한 광이온화 모델링을 수행하였다.
• 이론적 등급 및 선 라우미너스를 관측된 광도 및 선 밀도와 비교하여 최적의 모델을 제약 조건화하였다.
• 명백한 발레르 브레이크가 IRAC1 대역(3.6 μm)에 떨어지는 [O iii] 4959, 5007 Å 발광으로 인한 것인지 테스트하였다.
• 일정한 별 형성 역사 가정 하에 총 이완질량의 하한을 유도하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 고적색이동 라이먼-알파 발광체에서 관측된 명백한 발레르 브레이크는 별집단의 강한 연령 기울기 때문이 아니라 이완 발광에 의해 설명될 수 있는가?
• RQ2 이 라이먼-알파 발광체의 관측된 N iv] 1486 Å 발광 및 SED를 재현하기 위해 필요한 물리적 조건은 무엇인가?
• RQ3 관측된 SED는 젊고 금속 농도가 낮은 별 폭발 시스템이 아닌, 진화된 대규모 별집단과 일치하는가?
• RQ4 이완 발광이 고적색이동 은하의 UV에서 NIR SED에서 얼마나 지배적인가?

주요 결과

• 뜨거운 블랙바디 이온화원(~100,000 K)과 ~5% 태양 중성도의 이완 중성도를 가진 이론적 모델이 관측된 SED 및 N iv] 라우미너스를 가장 잘 재현한다.
• 명백한 발레르 브레이크의 원인은 별집단의 브레이크가 아니라, IRAC1 대역(3.6 μm)에 떨어지는 강한 [O iii] 4959, 5007 Å 발광으로 인한 것이다.
• 관측된 SED는 이완 발광에 의해 지배되며, 이는 이 소스가 진화된 시스템이 아니라 젊고 금속 농도가 낮은 별 폭발 은하일 가능성이 높다는 것을 시사한다.
• 모델은 총 이완질량의 하한으로 3.2 × 10⁸ M☉를 유도하며, 이는 밀도가 높고 질량이 큰 별 형성 시스템과 일치한다.
• 고적색이동에서 강한 N iv] 발광은 드물며, 높은 이온화도와 낮은 중성도 환경을 나타내며 젊은 별집단을 지지한다.
• 이 연구는 이완 발광 과정이 고적색이동 은하의 SED 해석에 상당한 영향을 미칠 수 있음을 보여주며, 특히 광도 브레이크에만 의존할 경우 더욱 그렇다.