[논문 리뷰] The Building the Bridge survey for z=3 Ly-alpha emitting galaxies II: Completion of the survey

L. F. Grove, J. P. U. Fynbo외 5명|arXiv (Cornell University)|2009. 01. 24.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 1인용 수 19

한 줄 요약

이 연구는 QSO에 간섭하는 흡수체를 가진 천체 주변에서 좁은 대역 필터 영상 촬영을 통해 z≈3에서 라이만-알파 발광체(Lyman-alpha emitters, LAEs)를 탐지함으로써 Building the Bridge 조사의 완성도를 높였다. 표면 밀도가 약 10개의 LAEs per square arcmin per unit redshift로 일관되며, 3×10⁴¹ erg s⁻¹ 이하로도 확장되는 매우 급격한 밝기 함수의 날카로운 기울기를 확인함으로써, 고적색도에서 희미한 LAEs가 UV 복사 및 이온화 광자 예산을 지배하고 있음을 시사한다.

ABSTRACT

(Abridged). We aim at bridging the gap between absorption selected and emission selected galaxies at z~3 by probing the faint end of the luminosity function of star-forming galaxies at z~3. We have performed narrow-band imaging in three fields with intervening QSO absorbers (a damped Ly$α$ absorber and two Lyman-limit systems) using the VLT. We target Ly-alpha at redshifts 2.85, 3.15 and 3.20. We find a consistent surface density of about 10 Ly-alpha-emitters per square arcmin per unit redshift in all three fields down to our detection limit of about 3x10^41 ergs s^-1. The luminosity function is consistent with what has been found by other surveys at similar redshifts. About 85% of the sources are fainter than the canonical limit of R=25.5 for most Lyman-break galaxy surveys. In none of the three fields do we detect the emission counterparts of the QSO absorbers. In particular we do not detect the counterpart of the z=2.85 damped Ly-alpha absorber towards Q2138-4427. Narrow-band surveys for Ly-alpha emitters are excellent to probe the faint end of the luminosity function at z~3. There is a very high surface density of this class of objects. This is consistent with a very steep slope of the faint end of the luminosity function as has been inferred by other studies. This faint population of galaxies is playing a central role in the early Universe. There is evidence that this population is dominating the integrated star-formation activity, responsible for the bulk of the ionizing photons at z~3 and likely also responsible for the bulk of the enrichment of the intergalactic medium.

연구 동기 및 목표

• z≈3에서 흡수체 선택 은하(DLAs 등)와 발광체 선택 은하(LBGs 등) 사이의 격차를 메우기 위해.
• Lya 발광체의 좁은 대역 영상 촬영을 통해 별 형성 은하의 밝기 함수의 희미한 끝부분을 탐색하기 위해.
• QSO의 흡수체가 알려진 영역에서 다임프드 라이만-알파 흡수체(DLAs)의 은하 대응체를 찾기 위해.
• 희미한 Lya 발광체가 재이온화 및 중금속 농도 증가와 같은 초기 우주의 과정에서 수행하는 역할을 평가하기 위해.
• z≈3에서 Lya 발광체의 밝기 함수가 다른 조사 및 이론적 기대와 일치하는지 확인하기 위해.

제안 방법

• VLT에서 z=2.85, 3.15, 3.20에서 Lya 발광을 대상으로 좁은 대역 영상 촬영을 수행하였으며, DLA 또는 라이만-한계 흡수체를 가진 QSO가 있는 세 개의 영역에서 수행됨.
• Lya 발광선에 중심을 둔 깊은 좁은 대역 필터를 사용하여 z≈3에서 희미한 별 형성 은하를 탐지함.
• 세 영역(Q2138-4427, BRI 1346-0322, BRI 1202-0725)의 데이터를 통합하여 LAEs의 밝기 함수를 유도함.
• 후보 소스에 대한 분광학적 후속 관측을 수행하여 Lya 발광을 확인하고 오염된 검출을 배제함.
• H₀=70 km s⁻¹ Mpc⁻¹, Ωₘ=0.3, ΩΛ=0.7의 천체역학 모델을 적용하였으며, 전반적으로 AB 등급을 사용함.
• 기존 조사 및 GRB 은하 대응체의 밝기와 비교하여 희미한 끝부분 기울기와 은하 형성 비율의 우주적 특성을 평가함.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 간섭하는 QSO 흡수체가 있는 영역에서 z≈3에서 Lya 발광체의 표면 밀도와 밝기 함수는 어떻게 되는가?
• RQ2 다임프드 라이만-알파 흡수체(DLAs)의 은하 대응체는 z≈3에서 Lya 발광체로 나타나는가?
• RQ3 Lya 발광체의 밝기 함수의 희미한 끝부분 기울기는 다른 조사 및 이론 모델과 어떻게 비교되는가?
• RQ4 희미한 Lya 발광체가 초기 우주에서 UV 및 이온화 광자 예산의 어느 정도를 지배하는가?
• RQ5 DLA 대응체의 검출 불가능성이 낮은 중금속 농도 또는 본질적인 희미함으로 설명될 수 있는가?

주요 결과

• 세 영역 전반에 걸쳐 약 10개의 Lya 발광체가 제곱弧분당 단위 적색도당 일관되게 탐지됨.
• z≈3에서 Lya 발광체의 밝기 함수는 이전 조사와 일치하며 매우 급격한 희미한 끝부분 기울기를 보임.
• 탐지된 Lya 발광체의 약 85%가 R=25.5 이하로, 일반적으로 Lya 브레이크 은하 조사의 일반적인 감도 한계 이하임.
• Q2138-4427에서 z=2.85 DLA에 대해 Lya 발광 대응체는 탐지되지 않아, DLA 은하가 Lya 발광체이거나 또는 조사의 감도 한계 이하일 가능성이 있음.
• 결과는 희미한 Lya 발광체가 통합 별 형성률을 지배하고 있으며, z≳3에서 이온화 광자의 주요 공급원임을 지지하는 가설을 뒷받침함.
• DLA 대응체의 비검출은 낮은 중금속 농도([Zn/H]≈−1.74)와 일치하며, 이는 Lya 발광을 통한 탐지 가능성 감소를 초래할 수 있음.