[논문 리뷰] The Ages and Masses of Lyman Alpha Galaxies at Redshift $z\sim 4.5$

Steven L. Finkelstein, James E. Rhoads외 3명|arXiv (Cornell University)|2006. 12. 18.

Astronomy and Astrophysical Research인용 수 66

한 줄 요약

이 연구는 MMT 광대역 광도측정을 이용해 z ~ 4.5에서 98개의 라이만 알파 은하의 연령과 항성 질량을 결정한다. 고리어한 라이만 알파 등장계수를 가진 은하는 초기 우주에서 알려진 가장 어린 은하들 중에 속하며 평균 연령은 4 Myr이다. 반면 저리어한 라이만 알파 등장계수를 가진 은하는 더 오래된 편이다 (40–200 Myr). 항성 질량은 2×10⁷에서 2×10⁹ M⊙ 사이이며, 먼지 효과는 더 오래되고 먼지가 많은 시스템에서 라이만 알파 등장계수를 증가시킬 수 있다.

ABSTRACT

We examine the stellar populations of a sample of 98 redshift 4.5 Lyman alpha emitting galaxies using their broadband colors derived from deep photometry at the MMT. These galaxies were selected by narrowband excess from the Large Area Lyman Alpha survey. Twenty-two galaxies are detected in two or more of our MMT filters (g', r', i' and z'). By comparing broad and narrowband colors of these galaxies to synthetic colors from stellar population models, we determine their ages and stellar masses. The highest equivalent width objects have an average age of 4 Myr, consistent with ongoing star formation. The lowest EW objects show an age of 40 - 200 Myr, consistent with the expectation that larger numbers of stars are causing low EWs. We found masses ranging from 2e7 solar masses for the youngest objects in the sample to 2e9 solar masses for the oldest. It is possible that dust effects could produce large equivalent widths even in older populations by allowing the Lyman alpha photons to escape, even while the continuum is extinguished, and we present models for this scenario also.

연구 동기 및 목표

• z ~ 4.5에서의 고적색 이동 라이만 알파 은하의 항성 집단 특성—특히 연령과 질량—을 결정하기 위해.
• 관측된 광대역 색소와 합성 모델을 비교하여 먼지가 라이만 알파 등장계수를 어떻게 증가시키는지 평가하기 위해.
• 라이만 알파 방출 은하에서 젊은 별 형성 집단과 오래되고 먼지 영향을 받은 시스템을 구분하기 위해.
• 연속 스펙트럼의 억제는 라이만 알파에 영향을 주지 않으면서도 높은 관측된 라이만 알파 등장계수를 설명할 수 있는지 평가하기 위해.
• 유래된 물리적 특성을 이전 연구들과 비교하여 표본 선별 및 감도의 중요성을 평가하기 위해.

제안 방법

• 대규모 영역 라이만 알파 조사에서 좁대역 초과를 통해 선별된 98개의 라이만 알파 은하에 대해 MMT/Megacam를 사용해 깊은 광대역 광도측정(g’, r’, i’, z’)을 확보하였다.
• 신호 대 잡음 비율을 향상시키고 평균 색소를 유도하기 위해 라이만 알파 등장계수(EW) 기반으로 여섯 개의 밴드로 광도측정 데이터를 스택하였다.
• 다양한 연령, 별 형성 역학(일정 및 지수 감소형), 먼지 흡수를 고려한 항성 집단 모델에서 유도된 합성 색소와 관측된 광대역 색소(r′−nb, r′−i′)를 비교하였다.
• 색소-색소 다이어그램을 사용해 무먼지, 덩어리진 먼지, 균일한 먼지 시나리오에 해당하는 영역을 식별하고, 먼지에 의한 라이만 알파 방출 증가 가능성 평가를 하였다.
• 1σ 거리 척도를 사용해 물체의 위치가 무먼지 없음 선과 상대적으로 통계적으로 유의미한지 평가하였다.
• 특히 공명 산란의 맥락에서 덩어리진 대비 균일한 먼지 분포를 모델링하여 먼지가 연속 스펙트럼과 라이만 알파 방출에 미치는 영향을 평가하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 광대역 광도측정을 통해 유도된 z ~ 4.5에서의 라이만 알파 은하의 일반적인 연령과 항성 질량은 무엇인가요?
• RQ2 덩어리진 분포의 먼지가 연속 스펙트럼을 억제하면서도 라이만 알파를 영향을 주지 않고 관측된 높은 라이만 알파 등장계수를 증가시킬 수 있나요?
• RQ3 이 은하들의 관측된 광대역 색소는 다양한 별 형성 역학과 먼지 함량을 가진 합성 모델과 어떻게 비교될 수 있나요?
• RQ4 연속 스펙트럼의 먼지 억제가 라이만 알파 광자를 영향을 주지 않으면서도 관측된 고리어한 라이만 알파 등장계수를 어느 정도 설명할 수 있나요?
• RQ5 이 샘플의 가장 어린 라이만 알파 은하는 지속적인 별 형성과 일치하는가요? 그리고 다른 고적색 이동 은하 조사와 비교해 질량은 어떻게 되나요?

주요 결과

• 가장 어린 라이만 알파 은하, 즉 가장 높은 라이만 알파 등장계수를 가진 은하는 평균 연령이 4 Myr이며, 지속적인 별 형성과 일치한다.
• 낮은 라이만 알파 등장계수를 가진 은하는 40에서 200 Myr의 더 오래된 연령을 가지며, 다양한 진화 단계를 거친 인구가 있음을 시사한다.
• 항성 질량은 가장 어린, 연속 스펙트럼로 감지되지 않는 물체에서 2×10⁷ M⊙에서 가장 오래되고 등장계수도 낮은 시스템까지 2×10⁹ M⊙ 사이이다.
• 관측된 색소-색소 분포는 대부분의 물체가 무먼지 없음 선에서 1.1σ 이내에 위치해 있어 개별 물체에서 덩어리진 먼지 증가 효과에 강력한 증거가 없다고 시사한다.
• 스택된 데이터는 무먼지 없음 선에서 평균 1.17σ의 거리를 가지며, 더 작은 오차 범위로 인해 저-등장계수 및 중간-등장계수 스택에서 덩어리진 먼지 증가 효과를 더 확신 있게 배제할 수 있다.
• 이 연구는 먼지가 일부 시스템에서 라이만 알파 등장계수를 증가시킬 수는 있지만, 대부분의 고리어한 등장계수를 가진 물체는 먼지로 빛이 어두워진 오래된 시스템보다는 젊고 낮은 질량의 활발한 별 형성 은하에 의해 가장 잘 설명된다고 결론내린다.