[논문 리뷰] Lyman Alpha Imaging of a Proto-Cluster Region at =3.09

Charles C. Steidel, Kurt L. Adelberger외 4명|ArXiv.org|1999. 10. 07.

Astronomy and Astrophysical Research인용 수 351

한 줄 요약

이 연구는 ⟨z⟩=3.09인 고적도 프로토클러스터에서 라이만-알파 방출은 플라즈마를 탐지하기 위해 깊은 좁은 대역 이미징을 사용한다. 이로 인해 이전의 빈도 조사보다 6배 높은 방출선 후보자 표면 밀도를 확인하였다. 연구에서는 자외선 빛이 강한 은하의 약 20–25%만 좁은 대역 초과로 탐지 가능하며, 이는 대부분의 경우 낮은 고정 프레임 등가 폭(<20 Å)으로 인해 발생한다. 또한 자외선 방출원이나 라디오 신호가 없는 두 개의 거대하고 퍼져 있는 라이만-알파 '블롭'을 발견하여, 다른 자극 메커니즘 또는 가려진 이온화원을 시사한다.

ABSTRACT

We present very deep imaging observations, through a narrow-band filter tuned to Lyman alpha at , of a volume containing a significant over-density of galaxies at this redshift previously discovered in our survey for continuum-selected Lyman break galaxies (LBGs). The new observations are used in conjunction with our spectroscopic results on LBGs to compare the effectiveness of continuum and emission line searches for star forming galaxies at high redshift, and to extend the search for members of the structure at = 3.09 to much fainter continuum luminosities. We find that only 20-25 percent of all galaxies at a given UV continuum luminosity would be flagged as narrow-band excess objects subject to the typical limits W_Lya &gt; 80 Angstroms in the observed frame. The density enhancement of strong Lyman alpha emitters in this field is consistent with that inferred from the analysis of the spectroscopic Lyman break galaxy sample in the same region (6+/-1), but extends to continuum luminosities up to 2 magnitudes fainter. There is no evidence for a significantly higher fraction of large Lyman alpha line equivalent widths at faint continuum luminosities. By combining the 24 spectroscopic members of the z=3.09 ``spike'' with the narrow-band candidates, we are able to produce a sample of 162 objects which are either known or likely members of this large structure. We have also discovered two extremely large and diffuse Lyman alpha emitting ``blobs'', which have physical extents &gt;100/h kpc and Lyman alpha line fluxes 20-40 times larger than the typical line emitters at the same redshifts in the field. The possible nature of the ``blobs'' is discussed. (abstract abridged)

연구 동기 및 목표

• 고적도 성간 형성 은하를 식별하는 데 있어서 연속 스펙트럼 대비 방출선 선택의 효과성을 비교하기 위해.
• 좁은 대역 이미징을 사용하여 더 어두운 자외선 연속 스펙트럼 빛의도로 프로토클러스터 구성원을 확장하여 탐색하기 위해.
• 프로토클러스터 지역에서 발견된 두 개의 매우 밝고 퍼져 있는 라이만-알파 성운(‘블롭’)의 성격을 조사하기 위해.
• 방출선 및 분광학적 데이터를 사용하여 프로토클러스터의 대규모 구조를 매핑하기 위해.
• 선택 편향이 존재함에도 불구하고, 좁은 대역 이미징이 고적도에서 은하 과잉 밀도를 탐색하는 데 얼마나 유용한지 평가하기 위해.

제안 방법

• ⟨z⟩=3.09인 알려진 프로토클러스터 중심의 8.7′ × 8.9′ 영역에서 매우 깊은 좁은 대역 이미징을 수행하였다.
• 이전의 라이만 브레이크 은하(LBG) 조사에서 확보한 분광학적 적색이동과 좁은 대역 초과 탐지 결과를 결합하여 클러스터 구성원을 식별하였다.
• NB-초과, NB-결핍 및 분광학적 카탈로그의 조합을 사용하여 총 162개의 후보자 또는 확인된 구성원 샘플을 구축하였다.
• 지역 과잉 밀도를 1 h⁻¹ Mpc 척도에서 식별하기 위해 표면 밀도를 스무딩한 지도를 제작하였다.
• 고밀도 피크의 공간 상관관계를 알려진 QSO 및 라이만-알파 블롭과 비교하여 환경적 연관성을 평가하였다.
• 고정 연속 스펙트럼 빛의도에서 동일한 조건에서 탐지된 방출선 물체와 자외선 빛이 강한 LBG를 비교하여 좁은 대역 이미징의 선택 효율을 평가하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 고적도 성간 형성 은하의 탐지에 있어서 연속 스펙트럼 기반의 라이만 브레이크 선택 대비 좁은 대역 이미징의 효과성은 어떠한가?
• RQ2 z ≈ 3.09인 알려진 프로토클러스터 영역에서 라이만-알파 방출선 후보자의 표면 밀도는 얼마인가?
• RQ3 자외선 방출원이나 라디오 신호가 없는 두 개의 매우 빛나고 퍼져 있는 라이만-알파 성운은 무엇에 의해 존재하는가?
• RQ4 라이만-알파 블롭과 QSO는 프로토클러스터의 가장 높은 밀도 영역에 선호적으로 분포하는가?
• RQ5 약한 라이만-알파 등가 폭으로 인해 좁은 대역 선택이 어두운 자외선 빛이 강한 은하를 얼마나 많이 놓칠 수 있는가?

주요 결과

• 좁은 대역 조사에서 z ≈ 3.09에서 이전의 빈도 조사와 유사한 깊이와 적색이동에서 방출선 후보자 표면 밀도가 약 6배 높게 탐지되었다.
• 일반적으로 낮은 고정 프레임 등가 폭(<20 Å)으로 인해, 동일한 원거리 자외선 연속 스펙트럼 빛의도에서 은하의 약 20–25%만 좁은 대역 초과로 탐지 가능하다.
• 두 개의 거대한 라이만-알파 '블롭'은 최소 100 h⁻¹ kpc의 물리적 크기와 약 10⁻¹⁵ erg s⁻¹ cm⁻²의 라이만-알파 선 빛의도를 가지며, 이는 z ≈ 3.09에서 일반적인 라이만-알파 방출 은하보다 약 20–40배 높은 수준이다.
• 블롭은 100 μJy 수준의 라디오 소스와 관련이 없으며 뚜렷한 자외선 빛이 강한 이온화원도 없어, 가려진 원천이나 냉각 흐름 유사 과정에 의한 자극이 가능성을 시사한다.
• 표면 밀도 지도에서 세 개의 가장 높은 국지 밀도 피크 중 하나는 z = 3.083 QSO 중심에 위치하고, 다른 하나는 라이만-알파 블롭 중심에 위치하여 희귀한 물체의 환경 집중 현상을 시사한다.
• 162개의 물체(분광학적, NB-초과, NB-결핍 포함)의 병합 샘플은 현재까지 고적도에서 프로토클러스터 구조를 가장 완전하게 반영한 '스냅샷'을 제공하며, z ≈ 3.09에서 대규모 과잉 밀도의 강력한 증거를 제시한다.