[논문 리뷰] Spectroscopy of Ultra--Steep Spectrum Radio Sources: A Sample of z>2 Radio Galaxies

H. J. A. Röttgering, R. van Ojik외 4명|arXiv (Cornell University)|1996. 08. 12.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena인용 수 4

한 줄 요약

이 연구는 64개의 초기경사 스펙트럼(ultra-steep spectrum, USS) 전파은하의 스펙트럼 관측을 제시하며, 그 중 29개가 z > 2에 위치해 있으며, 그 중 3개는 z = 3를 초월한다. 저자들은 더 깊은 전파 스펙트럼과 더 높은 적색편이 사이에 강한 상관관계를 발견하였으며, 휴대형 등장계수까지 1000 Å에 이르는 고정착 기준 등등의 등장계수를 보이며 중심 소스에 의한 광이온화가 지배적임을 확인하였다. Lyα와 더 높은 이온화 상태의 선 사이에 관측된 속도 이완(최대 1000 km s⁻¹)은 주로 관련된 H I 흡수에 기인한 것으로 보이나, 운동학적 또는 가림 효과도 기여할 수 있다.

ABSTRACT

We present spectroscopic observations for 64 radio galaxies having ultra steep radio spectra. Twenty-nine objects have redshifts $z>2$, the largest redshifts being almost 4. Our ultra steep spectrum (USS) criterion ($\alpha < -1$) has proven to be the most efficient way of finding distant radio galaxies. We find that even among the USS sources, there is a strong statistical correlation between the spectral index and redshift. The most distant radio galaxies within the USS sample have the steepest radio spectra. In our sample there are 3 radio galaxies at $z>3$ compared with 26 at $2 < z < 3$. However, the present data do not allow us to decide whether there is a decrease in co-moving source density at the highest redshifts. We have analyzed the spectra of the 30 objects with the highest redshifts ($z>1.9$). For these high redshift radio galaxies, Ly$\alpha$ is almost always the dominant emission line, with a rest frame equivalent width ranging from $\sim100$ \AA\ to more than 1000 \AA. The equivalent widths of the most important emission lines (Ly$\alpha$, C\,{\small IV}, He\,{\small II}, C\,{\small III}]) are found to correlate strongly with each other. The large rest frame equivalent widths and the correlation between the equivalent widths of the emission lines, confirm that photoionization by a central continuum source is most likely the dominant ionization mechanism. There are significant velocity differences between the various emission lines of our high redshift radio galaxies; in particular the Ly$\alpha$ line is shifted with respect to the higher ionization lines. Velocity shifts range from 100 to almost 1000 km s$^{-1}$ in some cases. Simulations show that the effects of associated H\,{\small I} absorption on the Ly$\alpha$ emission line may be

연구 동기 및 목표

• 초기경사 스펙트럼(USS) 선택 기준을 통해 고적색편이 전파은하를 식별하고 특성화하기 위해.
• USS 기준(α < −1)이 z > 2 전파은하를 찾는 데 얼마나 효율적인지 평가하기 위해.
• 고적색편이 전파은하(HZRGs)에서 특히 Lyα의 방출선 특성 분석하기 위해.
• Lyα와 더 높은 이온화 상태의 방출선 사이에 관측된 속도 이완의 원인 규명하기 위해.
• z > 3에서의 공동 운동 소스 밀도를 평가하고 진화 여부를 테스트하기 위해.

제안 방법

• Leiden 중간 흐름 복합체 및 4C 샘플에서 초기경사 스펙트럼 기준(α < −1)을 사용해 64개의 전파 소스를 선별하였다.
• 정확한 위치를 확보하기 위해 고해상도 VLA 이미징(1.5′′)을 수행하여 광학적 식별을 위해 사용하였다.
• 2m 망원경을 사용한 R-대역 CCD 이미징을 통해 광학적 동반체를 확인하였다.
• 4m급 망원경을 사용한 저해상도 스펙트럼 측정을 통해 적색편이 및 방출선 특성을 측정하였다.
• 스펙트럼 분석을 통해 적색편이, 고정착 기준 등장계수, 방출선 간의 속도 이완을 결정하였다.
• H I 흡수 효과가 Lyα 프로파일에 미치는 영향을 시뮬레이션하여 관측된 속도 이완에 미치는 영향을 평가하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 초기경사 스펙트럼 기준(α < −1)은 고적색편이 전파은하를 식별하는 데 효율적인가?
• RQ2 USS 소스에서 전파 스펙트럼 지수와 적색편이 사이의 상관관계는 어떠한가?
• RQ3 고적색편이 전파은하에서 Lyα와 더 높은 이온화 상태의 방출선(예: C IV, He II) 사이에 관측된 속도 이완의 원인은 무엇인가?
• RQ4 이 시스템에서 중심 연속 스펙트럼 소스에 의한 광이온화가 지배적인 이온화 메커니즘인가?
• RQ5 z > 3에서 공동 운동 소스 밀도가 감소하는 증거가 있는가?

주요 결과

• USS 기준(α < −1)은 고적색편이 전파은하를 식별하는 데 매우 효율적이며, 64개의 소스 중 29개가 z > 2에 위치해 있다.
• 더 깊은 전파 스펙트럼과 더 높은 적색편이 사이에 강한 통계적 상관관계가 존재하며, 가장 먼 소스(z ≈ 3.8)는 가장 깊은 스펙트럼을 가진다.
• 고적색편이 전파은하(z > 1.9)에서 Lyα가 주요 방출선이며, 고정착 기준 등장계수는 약 ∼100 Å에서 1000 Å 이상까지 다양하다.
• Lyα, C IV, He II, C III]의 등장계수는 강하게 상관되어 있어 중심 연속 스펙트럼 소스에 의한 광이온화가 지배적인 이온화 메커니즘임을 지지한다.
• 중요한 속도 이완(100–1000 km s⁻¹)이 관측되었으며, 주로 Lyα가 더 높은 이온화 상태의 선들보다 이완되어 있으며, 관련된 H I 흡수 시스템의 영향과 일치한다.
• 다른 메커니즘, 예를 들어 외부 기류 또는 가림 효과도 적어도 일부 소스에서는 기여할 수 있으나, H I 흡수 효과가 가장 가능성이 높은 주요 원인이다.