[논문 리뷰] Metal Absorption Systems in Spectra of Pairs of QSOs

David Tytler, Mark Gleed외 7명|arXiv (Cornell University)|2007. 11. 15.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 4인용 수 18

한 줄 요약

이 연구는 z ≈ 2에서 ~1 Mpc 간격으로 떨어진 쌍형 활성은하핵(QSO) 시선에서 금속 흡수 시스템의 첫 번째 대규모 설문 조사 결과를 제시하며, 0.5 Mpc 척도에서 흡수체의 강한 공간적 군집화를 규명한다. 한 시선에서의 흡수는 100 kpc 이내 500 km s⁻¹ 이내에서 짝지식 시선에서 흡수를 관측할 확률이 50%임을 시사하며, 이는 흡수체가 빠른 바람이 아닌 은하 척도의 금속 분포를 따라 움직임을 보임을 의미한다. QSO에서의 강한 이방성 UV 피드백은 반박된다.

ABSTRACT

We present the first large sample of absorption systems in paired QSOs consisting of 691 absorption systems in the spectra of 310 QSOs including 170 pairings. All these absorption systems have metal lines, usually C IV or Mg II. We see 17 cases of absorption in one line-of-sight within 200 km/s (1 Mpc) of absorption in the paired line-of-sight with the probability at least approx 50% at 100kpc, declining rapidly to 23% at 100 - 200 kpc. We detect clustering on 0.5Mpc scales and see a hint of the "fingers of God" redshift-space distortion. The distribution matches absorbers arising in galaxies at z=2 with a normal correlation function and systematic infall velocities but unusually low random pair-wise velocity differences. Absorption in gas flowing out from galaxies at a mean velocity of 250 km/s would produce vastly more elongation than we see. The UV absorption from fast winds that Adelberger et al. 2005 see in spectra of LBGs is not representative of the absorption that we see. Either the winds are confined to LBGs, or they can not extend to 40 kpc with large velocities, while continuing to make UV absorption we see, implying most metals were in place in the IGM long before z=2. Separately, when we examine the absorption seen when a sight line passes a second QSO, we see 19 absorbers within 400 km/s of the partner QSO. The probability of seeing absorption is approximately constant for impact parameters 0.1 - 1.5 Mpc. Perhaps we do not see a rapid rise in the probability at small impact parameters because the UV from QSOs destroys some absorbers near to the QSOs. The 3D distribution of 64 absorbers around 313 QSOs is to first order isotropic, with just a hint of the anisotropy expected if the QSO UV emission is beamed, or alternatively QSOs might emit UV isotropically but for a surprisingly short time of only 0.3Myr.

연구 동기 및 목표

• z ≈ 2에서 약 1 Mpc 간격으로 떨어진 쌍형 QSO 시선에서 금속 흡수 시스템의 공간적 상관관계를 조사하기 위해.
• 흡수체가 은하 척도의 구조와 관련이 있는지, 또는 QSO에서의 빠른 외부 흐름과 관련이 있는지 확인하기 위해.
• QSO의 UV 복사가 작은 영향 매개변수에서 흡수체를 억제하는 역할을 하는지 평가하기 위해.
• QSO 주변의 흡수체 분포에서 이방성 여부를 테스트하여, UV 방출이 빔형이 되었는지 등방형인지를 조사하기 위해.

제안 방법

• 중간 해상도 스펙트로스코피(FWHM 100–250 km s⁻¹)를 사용하여 z ≈ 2에서 ~1 Mpc 간격의 170개의 쌍형 QSO 시선(310개 QSO 포함)을 분석하였다.
• 휴지 프레임 등가폭과 이온 종류(C IV, Mg II 등)를 통해 흡수 시스템을 식별하였다.
• 쌍형 시선 간의 흡수 적색편이를 교차 상관시켜 속도 이격과 공간적 근접도를 추론하였다.
• 적색편이 공간 왜곡과 군집 통계를 사용하여 대규모 구조와 특이 속도를 추론하였다.
• 영향 매개변수(0.1–1.5 Mpc)에 따라 횡방향 흡수체 확률을 비교하여 QSO 근처에서의 억제 여부를 테스트하였다.
• 빔 기하학, UV 파괴 시간 상수, 적색편이 오차 영향을 고려한 흡수체 분포의 이방성 통계 모델링을 수행하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 z ≈ 2에서 쌍형 QSO 시선에서 금속 흡수 시스템의 공간적 상관 길이는 얼마인가?
• RQ2 QSO 근처의 흡수체는 빔형 또는 등방형인 UV 방출로 인해 이방성 분포를 보이는가?
• RQ3 관측된 군집화는 흡수체가 은하에서 유래한 것인지, 또는 QSO에서의 빠른 외부 흐름에서 기인한 것인지 일치하는가?
• RQ4 작은 영향 매개변수에서 횡방향 흡수체의 검출 확률은 급격히 증가하는가, 아니면 QSO의 UV 복사로 인해 억제되는가?
• RQ5 특이 속도와 적색편이 공간 왜곡이 관측된 흡수 군집 형성에 어떤 역할을 하는가?

주요 결과

• 100 kpc 이내에서 짝지식 시선에서 500 km s⁻¹ 이내에 흡수를 검출할 확률은 ≥50%이며, 100–200 kpc에서는 23%로 감소하고, 1–2 Mpc에서는 0.7%로 감소하여 약 0.5 Mpc 척도에서 강한 군집화가 있음을 시사한다.
• 흡수체-흡수체 상관관계는 빠른 바람과 일치하지 않으며, 평균 외부 속도 250 km s⁻¹일 경우 관측된 것보다 훨씬 강한 적색편이 연장이 나타나야 한다.
• QSO 근처의 횡방향 흡수체는 일반적인 관련 흡수체보다 QSO 적색편이 주변에서 더 격렬하게 군집되어 있으며, ±400 km s⁻¹ 이내 19개, ±1000 km s⁻¹ 이내 30개가 관측되었다.
• QSO에서 0.1–1.5 Mpc 영향 매개변수에서 흡수체를 검출할 확률은 거의 일정하여, QSO 근처에서의 흡수체 억제가 있을 가능성이 있으며, 이는 UV 파괴로 인한 것으로 보인다.
• 313개 QSO 주변 64개 흡수체의 3차원 분포는 거의 등방성이며, 단지 약 20°의 반피복각을 가진 UV 빔 또는 약 0.3 Myr의 짧은 QSO 수명과 일치하는 약한 이방성 신호가 약간 존재한다.
• H I 데이터에서 강한 근접 효과가 관측되지 않으며, 작은 영향 매개변수에서 횡방향 흡수체 확률이 급격히 증가하지 않아 QSO의 UV 복사가 근처의 흡수체를 파괴하여 이방성을 가리고 있을 가능성이 있다.