[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 5

한 줄 요약

이 연구는 64개의 초극성 스펙트럼(ultra-steep spectrum, USS) 전파은하에 대한 스펙트럼 관측을 수행하여, 적색편이 z > 2인 29개와 z > 3인 3개를 특정하였다. 결과는 스펙트럼 기울기와 적색편이 사이에 강한 상관관계가 있음을 확인하였으며, 가장 멀리 떨어진 천체들은 가장 급격한 스펙트럼을 보였고, 이는 주로 중심 소스에 의한 광이온화에 의해 유도되는 것으로 나타났다. 이는 휴먼 기준 등가폭이 1000 Å를 초과하는 Lyα 복사선이 지배적임을 시사하며, 복사선 간의 속도 이완 또한 뚜렷하게 관측되었다.

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 ($α< -1$) 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$α$ is almost always the dominant emission line, with a rest frame equivalent width ranging from $\sim100$ Å to more than 1000 Å. The equivalent widths of the most important emission lines (Ly$α$, 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$α$ 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$α$ emission line may be

연구 동기 및 목표

• 초극성 스펙트럼(USS) 기준을 사용하여 고적색편이 전파은하를 식별하고 스펙트럼적으로 특성화하는 것.
• z > 2인 USS 전파은하의 적색편이 분포 및 스펙트럼적 성질을 조사하는 것.
• 고적색편이 전파은하에서 관측된 강한 복사선의 이온화 메커니즘을 규명하는 것.
• 특히 Lyα와 더 높은 이온화 상태의 선들 사이의 속도 이완을 포함한 복사선의 운동학적 구조를 검토하는 것.
• 고적색편이 전파은하의 공동 운동(source) 밀도를 평가하고, z > 3에서의 진화 여부를 검증하는 것.

제안 방법

• 전파 조사에서 고적색편이 전파은하를 선별하기 위해 초극성 스펙트럼 기준(α < -1)을 적용하는 것.
• 적색편이 1.9 이상인 64개의 전파은하에 대한 옵티컬 스펙트럼을 확보하는 것.
• 주요 복사선인 Lyα, C IV, He II, C III]의 휴먼 기준 등가폭을 측정하는 것.
• 특히 더 높은 이온화 상태의 선들에 비해 Lyα와의 속도 이완을 분석하는 것.
• 연관된 H I 흡수의 Lyα 프로파일에 미치는 영향을 평가하기 위해 시뮬레이션을 사용하는 것.
• 스펙트럼 기울기, 적색편이, 복사선 성질 간의 상관관계를 통계적으로 분석하는 것.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 초극성 스펙트럼 전파은하의 적색편이 분포는 어떻게 되며, 이는 스펙트럼 기울기와 어떻게 상관관계가 있는가?
• RQ2 고적색편이 전파은하에서 강한 복사선을 유도하는 주요 이온화 메커니즘은 무엇인가?
• RQ3 고적색편이 전파은하에서 다양한 복사선, 특히 Lyα의 속도는 어떻게 비교되는가?
• RQ4 z > 3과 2 < z < 3 범위의 전파은하 간에 복사선 성질에 뚜렷한 차이가 있는가?
• RQ5 고적색편이 전파은하의 공동 운동 밀도는 z > 3에서 감소하는가?

주요 결과

• 64개의 USS 전파은하 중 29개는 적색편이 z > 2이며, 가장 높은 적색편이는 z ≈ 3.9에 가까운 것으로 나타났다.
• 스펙트럼 기울기와 적색편이 사이에 강한 통계적 상관관계가 존재하며, 가장 먼 천체들은 가장 급격한 스펙트럼(α < -1)을 보였다.
• 세 개의 전파은하는 z > 3로 확인되었고, 26개는 2 < z < 3 범위에 속해 있었다.
• 고적색편이 전파은하(z > 1.9)에서 Lyα가 주요 복사선으로 지배적이며, 휴먼 기준 등가폭은 약 100 Å에서 1000 Å 이상에 이르렀다.
• Lyα, C IV, He II, C III]의 등가폭은 강하게 상관관계가 있었으며, 이는 중심 연속 스펙트럼 소스에 의한 광이온화가 주요 이온화 메커니즘임을 지지한다.
• 복사선 간에 뚜렷한 속도 이완이 관측되었으며, 일부 천체에서는 더 높은 이온화 상태의 선들에 비해 Lyα가 100 km s⁻¹에서 거의 1000 km s⁻¹까지 이완되어 있었다.