[논문 리뷰] Spectroscopy of i-Dropout Galaxies with an NB921-Band Depression in the Subaru Deep Field

Tohru Nagao, Nobunari Kashikawa외 10명|ArXiv.org|2005. 08. 07.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 46인용 수 17

한 줄 요약

이 연구는 스바루 깊은 천문구역에서 i′-드롭아웃 성간물체의 NB921 대역 감소를 보이는 스펙트로스코피를 통해 z ≈ 6.03–6.04에서 두 개의 라이만-알파 방출 성간물체를 확인하였다. 주요 발견은 NB921 감소가 강한 라이만-알파 방출으로 인해 발생하며, 이로써 이러한 물체들이 현재까지 알려진 바 중에서 가장 높은 적색편이, 가장 큰 등가폭을 가진 라이만-알파 방출 성간물체임을 확인하였다. 이들의 고정틀 등가폭은 각각 94 Å 및 236 Å이며, z ≳ 6에서 스펙트로스코피적으로 확인된 바 중 가장 큰 값이다.

ABSTRACT

We report new spectroscopy of two star-forming galaxies with strong Ly_alpha emission at z=6.03 and z=6.04 in the Subaru Deep Field. These two objects are originally selected as i'-dropouts (i'-z' > 1.5) showing an interesting photometric property, the ``NB921 depression''. The NB921-band (centered at 9196A) magnitude is significantly depressed with respect to the z'-band magnitude. The optical spectra of these two objects exhibit asymmetric emission-lines at lambda_obs ~ 8540A and ~ 8560A, suggesting that these objects are Ly_alpha emitters at z~6. The rest-frame equivalent widths of the Ly_alpha emission of the two objects are 94A and 236A; the latter one is the Ly_alpha emitter with the largest Ly_alpha equivalent width at z > 6 ever spectroscopically confirmed. The spectroscopically measured Ly_alpha fluxes of these two objects are consistent with the interpretation that the NB921 depression is caused by the contribution of the strong Ly_alpha emission to the z'-band flux. Most of the NB921-depressed i'-dropout objects are thought to be strong Ly_alpha emitters at 6.0 < z < 6.5; Galactic L and T dwarfs and NB921-dropout galaxies at z > 6.6 do not dominate the NB921-depressed i'-dropout sample. Thus the NB921-depression method is very useful for finding high-z Ly_alpha emitters with a large Ly_alpha equivalent width over a large redshift range, 6.0 < z < 6.5. Although the broadband-selected sample at z ~ 3 contains only a small fraction of objects with a Ly_alpha equivalent width larger than 100A, the i'-dropout sample of the Subaru Deep Field contains a much larger fraction of such strong Ly_alpha emitters. This may imply a strong evolution of the Ly_alpha equivalent width from z > 6 to z ~ 3.

연구 동기 및 목표

• 스바루 깊은 천문구역에서 관측된 i′-드롭아웃 성간물체에서 나타나는 NB921 대역 감소의 물리적 기원을 규명하는 것.
• NB921 감소를 보이는 i′-드롭아웃 성간물체 집단이 주로 고적색편이 라이만-알파 방출 성간물체로 구성되어 있는지 확인하는 것.
• 이 고적색편이 라이만-알파 방출 성간물체의 고정틀 등가폭과 성간물체 형성률을 측정하는 것.
• z ≈ 6에서 z ≈ 3으로의 라이만-알파 등가폭 및 성간물체 형성 특성의 진화 경향을 조사하는 것.
• NB921 감소 방법이 z ≈ 6–6.5에서 고등가폭 라이만-알파 방출 성간물체를 선별하는 데 유용한 기법인지 평가하는 것.

제안 방법

• 스바루 깊은 천문구역의 i′-드롭아웃 성간물체에 대해 Keck I 망원경의 DEIMOS 장치를 사용하여 후속 스펙트로스코피를 수행하였다.
• 관측된 광학 스펙트럼을 분석하여 적색편이된 라이만-알파 방출선(λ_obs ≈ 8540–8560 Å)을 탐지하여 z ≈ 6.03–6.04임을 확인하였다.
• 관측된 선 강도와 연속부 수준에서 고정틀 라이만-알파 등가폭을 계산하였다.
• 라이만-알파 복사선 강도(SFR(Lyα) = 9.1×10⁻⁴³ L(Lyα) M☉ yr⁻¹)와 UV 연속부 강도(SFR(UV) = 1.4×10⁻²⁸ Lν M☉ yr⁻¹)를 사용하여 성간물체 형성률을 추정하였다.
• 공명 산란 및 별 집단 연령의 영향을 평가하기 위해 SFR(Lyα)와 SFR(UV)의 비율을 비교하였다.
• NB921 감소 표본에 포함된 갈색왜성(L/T 형성간물체)과 고적색편이 NB921 드롭아웃 성간물체의 기여도를 평가하여 오염물질를 배제하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 스바루 깊은 천문구역의 i′-드롭아웃 성간물체에서 관측된 NB921 대역 감소의 원인은 무엇인가?
• RQ2 NB921 감소를 보이는 i′-드롭아웃 성간물체는 주로 z ≈ 6–6.5에서 고적색편이 라이만-알파 방출 성간물체인가?
• RQ3 이 라이만-알파 방출 성간물체의 고정틀 등가폭과 성간물체 형성률은 무엇인가?
• RQ4 유사한 적색편이에서 고등가폭 라이만-알파 방출 성간물체의 SFR(Lyα)/SFR(UV) 비율은 저등가폭 방출 성간물체와 비교해 어떻게 다른가?
• RQ5 i′-드롭아웃 표본에서 고등가폭 라이만-알파 방출 성간물체의 높은 비율은 z ≈ 6에서 z ≈ 3으로의 라이만-알파 등가폭 진화에 대해 어떤 의미를 갖는가?

주요 결과

• NB921 대역 감소를 보이는 두 개의 i′-드롭아웃 성간물체가 z = 6.03 및 z = 6.04에서 라이만-알파 방출 성간물체로 스펙트로스코피적으로 확인되었다.
• 라이만-알파 방출의 고정틀 등가폭은 각각 94 Å 및 236 Å이며, 후자는 z ≳ 6에서 스펙트로스코피적으로 확인된 바 중 가장 큰 등가폭이다.
• NB921 대역 감소는 주로 z′-대역 복사선 강도에 기여하는 강력한 라이만-알파 방출으로 인해 발생하며, 이는 광학적 이상 현상의 원인을 설명한다.
• 라이만-알파 복사선 강도에서 유도된 성간물체 형성률은 각각 13.4 M☉ yr⁻¹ 및 16.6 M☉ yr⁻¹이며, UV 연속부에서 유도된 값(9.9 M☉ yr⁻¹ 및 4.8 M☉ yr⁻¹)보다 뚜렷이 높다. 이는 SFR(Lyα)/SFR(UV) > 1임을 의미한다.
• 높은 SFR(Lyα)/SFR(UV) 비율은 이러한 성간물체가 젊은 별 집단(<10⁸ yr)을 가지고 있으며, 표준 연속적인 별 형성 모델을 따르지 않을 수 있음을 시사한다.
• 스바루 깊은 천문구역의 i′-드롭아웃 표본은 z ≈ 3의 LBG 표본보다 고등가폭 라이만-알파 방출 성간물체(EW₀ > 100 Å)의 비율이 훨씬 높으며, 이는 z ≈ 6에서 z ≈ 3로의 라이만-알파 등가폭 진화가 뚜렷하게 일어나고 있음을 암시한다.