[논문 리뷰] The Building the Bridge survey for z=3 Ly-alpha emitting galaxies I: method and first results

J. P. U. Fynbo, C. Ledoux외 3명|ArXiv.org|2003. 05. 15.

Astronomy and Astrophysical Research인용 수 58

한 줄 요약

이 연구는 z≈3에서 라이만-브레이크 설문조사의 R=25.5 연속성 밝기 한계 이하인 희미한 고적색변위 은하를 탐지하기 위해 Lyα 발광에 중심을 둔 협대역 영상 촬영을 사용한 Building the Bridge 설문조사의 최초 결과를 제시한다. z=2.85 및 z=3.15에서 간섭하는 다임프드 Lyα 흡수체를 가진 QSO 주변의 영역을 대상으로 하여 설문조사는 64개의 Lyα 발광 후보자(85%가 R=25.5 이하로 어두운)를 식별하였으며, 각각 82% 및 68%의 스펙트럼 확인률을 기록하였다. 특히 z=3.15 흡수체 근처에서 확인된 은하들이 강하게 군집되어 있어, '패티' 형태의 분포와 일치하는 대규모 구조를 나타낸다.

ABSTRACT

We present the first results of an observational programme at the ESO Very Large Telescope aimed at detecting a large sample of high-redshift galaxies fainter than the current spectroscopic limit of R=25.5 for Lyman-Break galaxies. In this paper, we describe the results of deep narrow and broad-band imaging and subsequent follow-up multi-object spectroscopy of faint high-redshift galaxies in the fields of the BRI1346-0322 and Q2138-4427. These QSOs have intervening absorbers, at redshifts z=2.85 and z=3.15 respectively, for which redshifted Ly-alpha emission falls within less than a few AA from the central wavelengths of existing VLT (~60 AA wide) narrow-band filters. We selected 37 and 27 candidate emission-line galaxies in the two fields respectively. About 85% of the candidates have R-band magnitudes fainter than R=25.5. The first spectroscopic follow-up of a sub-sample of the candidates resulted in 41 confirmed candidates and 4 foreground galaxies (three [OII] emitters and one CIV emitter). The confirmation rate is 82% and 68% in the field of BRI1346-0322 and Q2138-4427 respectively. In addition, we serendipitously detect a number of other emission-line sources on some of the slitlets not used for candidates. Of these, 9 are also most likely Ly-alpha emitters with redshifts ranging from 1.98 to 3.47. The redshift distribution of confirmed candidates in the field of BRI1346-0322 is consistent with being drawn from a uniform distribution weighted by the filter response curve, whereas the galaxies in the field of Q2138-4427 have redshifts clustering very close to the redshift of the damped Ly-alpha absorber. This latter fact indicates the existence of a large `pancake'-like structure confirming the earlier suggestions of Francis & Hewitt (1993).

연구 동기 및 목표

• 현행 R=25.5 스펙트럼 한계 이하인 고적색변위 은하를 탐지함으로써 다임프드 Lyα 흡수체(DLAs)와 라이만-브레이크 은하(LBGs) 사이의 격차를 메우기 위해.
• 협대역 Lyα 영상으로 희미한 고적색변위 은하의 성질—특히 형태, 항성 형성률, 군집성 및 연속 스펙트럼 색깔—을 연구하기 위해.
• 간섭하는 다임프드 Lyα 흡수체를 가진 QSO 영역를 통해 알려진 고적색변위 구조에 관측를 정렬함으로써, 공허를 관측할 위험을 줄이기 위해.
• Lyα 발광이 z≈3에서 은하 빛의 함수의 희미한 끝부분을 효율적으로 탐사할 수 있는지 테스트하기 위해.

제안 방법

• ESO의 Very Large Telescope에서 VLT FORS2를 사용한 깊은 협대역 영상 촬영으로, z≈3에서 적색 이동된 Lyα 발광에 맞추어 촬영하였으며, 기존의 약 60 Å 너비의 협대역 필터 중심 파장에 맞추어 촬영하였다.
• 협대역 영상에서의 과잉 밝기와 보편 밴드 R-밴드 영상 간의 차이를 기반으로 Lyα 발광 후보자를 선별하였으며, 유의미도 기준은 3σ로 설정하였다.
• VLT를 사용한 다중 목적 스펙트럼 촬영으로 후보자들을 확인하고 적색이동을 측정하였으며, QSO BRI 1346−0322 및 Q 2138−4427 영역의 37개 및 27개 후보자를 대상으로 슬릿을 설계하였다.
• z=2.85 및 z=3.15에서의 QSO 흡수체를 적색이동 기준점으로 사용하여, 목표 적색이동이 필터 반응 곡선 내에 포함되도록 하였다.
• 스펙트럼 분석을 통해 강한 Lyα 발광 라인으로 Lyα 발광체를 식별하였으며, [O II] 및 C IV 발광체와 같은 우연한 발광선 소스도 탐지하였다.
• H₀=65 km s⁻¹ Mpc⁻¹, Ωₘ=0.3, ΩΛ=0.7을 사용한 천체물리학적 모델링을 통해 목표 적색이동에 대한 빛의 거리 및 거리 모듈러스를 계산하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 협대역 영상으로 현재 R=25.5 스펙트럼 한계 이하인 고적색변위 Lyα 발광 은하를 탐지할 수 있는가?
• RQ2 기존 고적색변위 흡수체에 기반한 영역에서 협대역 영상으로 선별된 Lyα 발광 후보자의 확인률은 얼마인가?
• RQ3 확인된 Lyα 발광체의 공간 분포가 간섭하는 다임프드 Lyα 흡수체의 적색이동과 상관이 있는가? 이는 대규모 구조를 시사하는가?
• RQ4 희미한 Lyα 발광체의 성질(예: 빛의 세기, 형태, 군집성)은 더 밝은 라이만-브레이크 은하와 어떻게 비교되는가?
• RQ5 R=25.5 이하인 은하들이 z≈3에서 총 항성 형성 및 간성간 매질 금속 농도 증가에 기여하는 비율은 얼마인가?

주요 결과

• BRI 1346−0322 QSO 영역에서 37개의 Lyα 발광 후보자, Q 2138−4427 영역에서 27개의 후보자를 식별하였으며, 후보자 85%가 R=25.5 이하로 어두운 밝기를 가졌다.
• 스펙트럼 후속 관측에서 41개의 Lyα 발광체가 확인되었으며(각각 BRI 1346−0322에서 82%, Q 2138−4427에서 68%의 확인률), 추가로 3개의 전경 발광선 은하([O II] 발광체 3개, C IV 발광체 1개)를 탐지하였다.
• BRI 1346−0322 영역에서 확인된 Lyα 발광체의 적색이동 분포는 필터 반응 곡선에 따라 가중된 균일 분포와 일치한다.
• Q 2138−4427 영역에서는 확인된 Lyα 발광체가 z=3.15, 다임프드 Lyα 흡수체의 적색이동과 일치하는 곳에 강하게 군집되어 있어, '패티' 형태의 대규모 '판케이크'-유사한 구조를 시사한다.
• 사용되지 않은 슬릿에서 9개의 추가적인 Lyα 발광체(적색이동 1.98에서 3.47 사이)를 우연히 탐지하였으며, 이는 이 방법이 희미하고 고적색변위의 천체를 효과적으로 탐지할 수 있음을 확인한다.
• 결과는 z=3.15 흡수체 주변에 은하 과잉 밀도가 존재하며, 이는 이전의 이론적 예측과 일치하는 확장된 필라멘터리한 구조를 시사한다.