[논문 리뷰] Lyα Emitters at Redshift z = 5.7

James E. Rhoads, Sangeeta Malhotra|arXiv (Cornell University)|2001. 11. 26.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 19인용 수 104

한 줄 요약

이 연구는 대규모 영역 라이만 알파 조사에서 얻은 광도 측정을 통해 적색이동 z ≈ 5.7에서의 라이만 알파 방출체 샘플을 제시하며, 이들의 존재가 재이온화 적색이동 zr > 5.7임을 시사한다. 관측된 저광도 방출체의 수 밀도는 변화 없음 가정에 비해 약간 초과되지만 모델 예측에는 못 미치며, 큰 등가폭은 처음으로 별 형성 활동을 겪고 있는 젊고-dust이 적은 은하임을 나타낸다.

ABSTRACT

Lyα galaxies at high redshifts offer a powerful probe of both the formation of galaxies and the reionization of the intergalactic medium. Lyα line emission is an efficient tool for identifying young galaxies at high redshift because it is strong in systems with young stars and little or no dust—properties expected in galaxies undergoing their first burst of star formation. Lyα galaxies also provide a robust test of the reionization epoch that is independent of Gunn-Peterson trough observations in quasar spectra and is better able to distinguish line-center optical depths τ ~ 5 from τ ~ 105. This is because neutral gas scatters Lyα photons, dramatically blurring images of Lyα galaxies embedded in a neutral intergalactic medium and rendering them undetectable. We present a photometrically selected sample of redshift z ≈ 5.7 Lyα emitters derived from the Large Area Lyman Alpha survey. The presence of these low-luminosity Lyα sources immediately implies that the reionization redshift zr > 5.7. Comparing these objects with our earlier z ≈ 4.5 sample, we find that the number of z ≈ 5.7 emitters at fixed line luminosity marginally exceeds the no-evolution expectation but falls well short of published model predictions. The equivalent width distribution is similar at the two redshifts. The large equivalent widths of the Lyα line indicate young galaxies undergoing their first star formation.

연구 동기 및 목표

• 재이온화 시대를 탐색하기 위해 z ≈ 5.7에서의 라이만 알파 방출체를 식별하고 특성화하는 것.
• z ≈ 4.5에서 z ≈ 5.7로의 라이만 알파 방출체 수 밀도 변화 여부를 검토하여 은하 형성 모델을 평가하는 것.
• 관측된 라이만 알파 선 등가폭이 고적색이동 은하의 연령과 먼지 함량에 미치는 영향을 규명하는 것.
• 건너뛰기-페트슨 터널 분석과 보완적인 방법으로 간성간 매질의 이온화 상태를 독립적으로 탐색하는 것.

제안 방법

• 대규모 영역 라이만 알파 조사의 깊은 영상 데이터를 활용한 라이만 알파 방출체의 광도적 선택.
• 라이만 알파 선의 소실 및 밴드 색상 선택 기반의 광도적 적색이동 기법을 통한 적색이동 결정.
• z ≈ 5.7에서의 라이만 알파 방출체 관측 수 밀도를 변화 없음 모델 기대치 및 이론적 예측과 비교하는 것.
• 등가폭 분포 분석을 통해 고적색이동 은하의 별 형성 역사를 및 먼지 함량을 추론하는 것.
• 중성 수소에 의한 광자 산란을 모델링하여 중성 IGM에서 라이만 알파 소스의 이미지 왜곡 및 탐지 가능성 분석.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 z ≈ 5.7에서의 라이만 알파 방출체 수 밀도는 얼마이며, z ≈ 4.5의 기대치와 어떻게 비교되는가?
• RQ2 관측된 z ≈ 5.7 라이만 알파 방출체 집단은 현재의 은하 형성 및 재이온화 모델을 지지하는가, 아니면 반박하는가?
• RQ3 z ≈ 5.7과 z ≈ 4.5에서의 라이만 알파 방출체 등가폭 분포는 그들의 별 형성 역사와 먼지 함량에 대해 무엇을 드러내는가?
• RQ4 z ≈ 5.7에서의 라이만 알파 방출체가 재이온화 적색이동 zr를 어느 정도 제약하는가?
• RQ5 중성 수소에 의한 라이만 알파 광자의 산란은 부분적으로 중성 IGM에서 이러한 소스의 탐지 가능성에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• z ≈ 5.7에서 저광도 라이만 알파 방출체의 존재는 재이온화 적색이동 zr > 5.7임을 시사한다.
• z ≈ 5.7에서의 라이만 알파 방출체 수 밀도는 변화 없음 기대치를 약간 초과하며, z ≈ 4.5에서 z ≈ 5.7로의 수 밀도 변화가 약하거나 없음을 나타낸다.
• 관측된 수 밀도는 동일한 적색이동 범위에 대한 발표된 이론적 모델 예측에 비해 크게 떨어진다.
• z ≈ 5.7에서의 라이만 알파 방출체 등가폭 분포는 z ≈ 4.5와 유사하여 방출 은하 내 물리적 조건이 일관됨을 나타낸다.
• 라인의 큰 등가폭은 관측된 은하가 젊고, 먼지 흡수도 최소한으로, 처음으로 별 형성 활동을 겪고 있음을 시사한다.