[논문 리뷰] Lyman alpha emitters with red colors at z~=2.4

M. Stiavelli, Claudia Scarlata외 4명|ArXiv.org|2001. 05. 29.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 32인용 수 25

한 줄 요약

이 연구는 CFH12K 카메라에 맞춤형 중역대 필터를 사용하여 z ≈ 2.4에서 58개의 라이만-알파 발광체를 특정하였으며, 예상치 못하게 빨간 B-I 색상(≈1.8)을 나타냈다. 이 빨간 색상은 먼지로 인한 붉어짐만으로는 설명될 수 없으며, 이는 은하 형성 속도가 우주 최고점보다 훨씬 초과해야 하기 때문이다. 대신 데이터는 우주에서 가장 오래된 별 집단이 지배적임을 강력히 시사하며, 이는 이러한 은하들이 대부분의 별을 z ≈ 2.4 시점에 이미 형성한 프로토-은하형(elliptical)임을 시사한다.

ABSTRACT

We have carried out a search for Lyman alpha emission from galaxies at z~=2.4 over a field of 1200 sq. arcmin using the CFH12K camera at the CFHT and a custom medium band filter. The search has uncovered 58 candidates, corresponding to a completeness-corrected source density of ~0.07 sq. arcmin^-2. Our sources have red colors (B-I~=1.8) which imply either that a large fraction of the light is highly reddened and we are detecting Lyman alpha through special lines of sight, or that these objects contain an underlying older stellar population. While for each individual object we cannot discriminate between these alternatives, we conclude that most of the objects actually contain an older component because the star formation rates inferred from the picture based on reddening, applied to all candidates, would imply an exceedingly high star formation rate, i.e. more than two orders of magnitude above the peak cosmic star formation rate (e.g. Lilly et al. 1996).

연구 동기 및 목표

• 맞춤형 중역대 필터를 사용한 깊은 영상 촬영을 통해 z ≈ 2.4에서 라이만-알파 발광체를 특정하고 특성화하는 것.
• 이러한 발광체의 상당수에서 관측된 빨간 B-I 색상(≈1.8)의 기원을 규명하는 것.
• 빨간 색상이 먼지로 인한 붉어짐인지, 또는 오래된 별 집단의 존재 때문인지 평가하는 것.
• 이 고적색도 은하의 별 형성 역사와 총 별질량을 추정하는 것.
• 이 물체들이 이미 z ≈ 2.4 시점에 대부분의 별을 형성한 초기 형성된 프로토-은하형(elliptical) 은하를 나타내는지 평가하는 것.

제안 방법

• z ≈ 2.422에서 라이만-알파 방출을 분리하기 위해 중심 파장 4158 Å, FWHM 174 Å인 맞춤형 중역대 간섭 필터를 사용하였다.
• 캐나다-프랑스-하와이 천체망원경의 CFH12K 카메라를 사용하여 1200 제곱arcmin 영역에서 깊은 영상 촬영을 수행하였다.
• SExtractor를 사용하여 B, I 및 라이만-알파 대역에서의 광도 측정을 수행하였으며, 인위적 항성 시뮬레이션을 통해 완전성 보정을 도출하였다.
• 연속 스펙트럼 제거는 각 칩에서 라이만-알파 대 B-대역 광도 비율의 중앙값과 표준편차를 측정하여 수행하였다.
• 잠재적 [OII]-발광 오염자를 거부하기 위해 [OII] 발광선을 진단 도구로 사용하였으며, 후보자들의 라이만-알파 기원을 확인하였다.
• Salpeter 초기 질량 함수를 사용한 별집단 합성 모델(Bruzual & Charlot)을 사용하여 별질량을 추정하고, 오래된 대비 젊은 별 집단의 기여도를 시험하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 z ≈ 2.4에서 라이만-알파 발광체에서 관측된 이례적인 빨간 B-I 색상(≈1.8)의 원인은 무엇인가?
• RQ2 빨간 색상은 먼지로 인한 붉어짐만으로 설명될 수 있는가, 아니면 오래된 별 집단이 필요한가?
• RQ3 만약 빨간 색상이 먼지 붉어짐으로 인한 것이라면 필요한 별 형성 속도는 얼마이며, 이는 우주의 최고점과 어떻게 비교되는가?
• RQ4 오래된 별 집단이 총 별질량의 몇 퍼센트 기여를 하는가, 그리고 이는 이러한 은하의 형성 시점에 대해 어떤 의미를 갖는가?
• RQ5 이 라이만-알파 발광체는 이미 z ≈ 2.4 시점에 대부분의 별을 형성한 프로토-은하형(elliptical) 은하로 일관되는가?

주요 결과

• 표본에는 완전성 보정을 고려한 소스 밀도 약 0.07 arcmin⁻²를 보이는 58개의 진정한 라이만-알파 발광체가 포함되어 있다.
• B-I 색상의 평균은 ≈1.8이며, 젊고 덮개 없는 별 폭발의 기대보다 훨씬 더 빨간색이다.
• 만약 빨간 색상이 먼지 붕괴로 인한 것이라면, 필요한 별 형성 속도는 우주의 최고점보다 10,000배 이상 초과해야 하며, 먼지 붕괴는 설명 가능성이 낮다.
• 10억 년 된 별 집단의 경우, 관측된 색상을 재현하기 위해 오래된 구성 요소의 질량이 젊은 별 집단보다 최소 1000배 이상 커야 한다.
• 라이만-알파 방출량으로부터 젊은 별 집단 질량은 약 10⁷ M⊙로 추정되며, 총 별질량은 약 10¹¹ M⊙로, 지배적인 오래된 구성 요소를 시사한다.
• 이 소스의 수밀도는 L⋆ 은하의 약 5%이며, 높은 별 형성 주기의 프로토-은하형(elliptical) 은하와 일치한다.