[논문 리뷰] The ESO UVES Advanced Data Products Quasar Sample - I. Dataset and New N_HI Measurements of Damped Absorbers

Tayyaba Zafar, Attila Popping외 1명|arXiv (Cornell University)|2013. 07. 02.

Astrophysics and Star Formation StudiesPhysics and Astronomy참고 문헌 53인용 수 21

한 줄 요약

이 논문은 ESO UVES 고급 데이터 제품 아카이브에서 확보한 고해상도 퀘이사 흡수선 데이터셋을 제시하며, 적색편이가 z = 6.311에 이르는 250개 스펙트럼을 포함한다. 19개의 덩어리형 및 부분 덩어리형 라이만-알파 흡수체(DLA/sub-DLA)에 대해 새로운 H i 열량 밀도 측정치를 보고하며, 이는 바이오프로필 피팅과 금속 또는 라이만계선의 검출을 통해 확인된 바, 이 중 10개는 새로운 식별이며 19개는 최초 측정이다.

ABSTRACT

We present here a dataset of quasars observed with the Ultraviolet Visual Echelle Spectrograph (UVES) on the VLT and available in the ESO UVES Advanced Data Products archive. The sample is made up of a total of 250 high resolution quasar spectra with emission redshifts ranging from 0.191 < z_em <6.311. The total UVES exposure time of this dataset is 1560 hours. Thanks to the high resolution of UVES spectra, it is possible to unambiguously measure the column density of absorbers with damping wings, down to N_HI > 10^{19} cm^{-2}, which constitutes the sub-damped Lya absorber (sub-DLA) threshold. Within the wavelength coverage of our UVES data, we find 150 damped Lya systems (DLAs)/sub-DLAs in the range 1.5 < z_abs < 4.7. Of these 150, 93 are DLAs and 57 are sub-DLAs. An extensive search in the literature indicates that 6 of these DLAs and 13 of these sub-DLAs have their N_HI measured for the first time. Among them, 10 are new identifications as DLAs/sub-DLAs. For each of these systems, we obtain an accurate measurement of the HI column density and the absorber's redshift in the range 1.7 < z_abs < 4.2 by implementing a Voigt profile-fitting algorithm. These absorbers are further confirmed thanks to the detection of associated metal lines and/or lines from members of the Lyman series. In our data, a few quasars' lines-of-sight are rich. An interesting example is towards QSO J0133+0400 (z_em = 4.154) with six DLAs and sub-DLAs reported.

연구 동기 및 목표

• ESO UVES 고급 데이터 제품 아카이브에서 고해상도 퀘이사 스펙트럼 데이터셋을 종합적으로 편찬하여 중성 수소 흡수체를 연구하기 위한 목적으로.
• 적색편이 범위 1.5 < z < 4.7 내에서 덩어리형 라이만-알파 흡수체(DLA) 및 부분 덩어리형 라이만-알파 흡수체(sub-DLA)의 H i 열량 밀도를 식별하고 측정하기 위하여.
• 기존에 보고되지 않은 DLA 및 sub-DLA를 탐지하고 특성화하며, 특히 전통적인 DLA 기준(열량 밀도 N_HI ≥ 2×10²⁰ cm⁻²) 이하의 시스템을 대상으로 하여, 천체 물질 질량 및 금속성 진화 이해를 향상시키기 위하여.
• 관련 금속선과 고차수의 라이만계 전이선 검출을 통해 신규 흡수체 식별을 확인하기 위하여.
• 향후 DLA/sub-DLA 특성에 대한 통계적 연구 기반을 마련하기 위하여, 열량 밀도 분포 및 기체 질량 밀도 기여도 등을 포함한 성질 연구를 위한 기초를 제공하기 위하여.

제안 방법

• 300에서 1100 nm의 파장 범위를 커버하는 ESO UVES 고급 데이터 제품 아카이브에서 확보한 고해상도 UVES 스펙트럼(R ~ 40,000)을 활용하였다.
• 라인의 감쇠 날개를 기반으로 자동화된 검색과 시각적 검색을 통해 덩어리형 라이만-알파 흡수체(DLA) 및 부분 덩어리형 라이만-알파 흡수체(sub-DLA)를 식별하였다.
• 정확한 H i 열량 밀도(N_HI)를 유도하기 위해 라이만-알파 선과 고차수의 라이만계 전이선(예: Lyβ, Lyγ)에 대한 바이오프로필 피팅을 수행하였다.
• 금속선(예: C II, Si II, Zn II)과 고차수의 라이만계선 검출을 통해 흡수체 식별을 확인하였다.
• 측정된 열량 밀도에 기반하여 시스템을 DLA(N_HI ≥ 2×10²⁰ cm⁻²) 또는 sub-DLA(10¹⁹ ≤ N_HI < 2×10²⁰ cm⁻²)로 분류하였다.
• 모든 250개의 퀘이사 스펙트럼에 동일한 적색편이 및 열량 밀도 측정 파이프라인을 적용하여 통일성과 재현 가능성을 확보하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 UVES 아카이브에서 확보한 고해상도 퀘이사 샘플에서 덩어리형 및 부분 덩어리형 라이만-알파 흡수체의 H i 열량 밀도 분포는 어떻게 되는가?
• RQ2 이 데이터셋에서 몇 개의 새로운 덩어리형 흡수체(DLA/sub-DLA)가 식별되었으며, 그 중 몇 개의 H i 열량 밀도가 최초로 측정되었는가?
• RQ3 다중 흡수체를 포함하는 천체선은 어디에 위치해 있으며, 이러한 복합 시스템의 운동학적 특성은 어떠한가?
• RQ4 금속선과 고차수의 라이만계 전이선은 샘플 내 새로운 흡수체 존재를 어느 정도 확인하는가?
• RQ5 이 샘플의 DLA 및 sub-DLA 열량 밀도 분포는 이전 연구와 비교하여 어떻게 다를까? 특히 기체 질량 밀도 기여도 측면에서 sub-DLA의 기여도는 어떠한가?

주요 결과

• 이 데이터셋은 적색편이가 z_em = 0.191에서 z_em = 6.311로 변하는 250개의 고해상도 퀘이사 스펙트럼을 포함하며, 총 1560시간의 UVES 노출 시간을 기록한다.
• 적색편이 범위 1.5 < z_abs < 4.7 내에서 총 150개의 덩어리형 및 부분 덩어리형 라이만-알파 흡수체가 식별되었으며, 이 중 93개는 DLA로, 57개는 sub-DLA로 분류되었다.
• 이 중에서 6개의 DLA와 13개의 sub-DLA는 H i 열량 밀도가 최초로 측정되었으며, 이 중 10개는 새로운 흡수체 식별이다.
• 가장 높은 정확도로 라이만-알파 선과 가능할 경우 고차수의 라이만계 전이선에 대한 바이오프로필 피팅을 통해 H i 열량 밀도가 측정되었다.
• QSO J0133+0400 향한 천체선에는 6개의 DLA 및 sub-DLA가 존재하며, 이 중 z = 3.995와 z = 3.999에 위치한 두 개의 sub-DLA는 뿌리 간 거리가 뿐만 아니라 240 km s⁻¹의 작은 속도 간격을 가지며, 밀도가 높은 흡수체 시스템임을 시사한다.
• 5개의 근접 DLA 사례와 4개의 퀘이사 쌍이 식별되었으며, 일부 쌍에서는 차별적 흡수를 관측하였으며, 예를 들어 QSO B0307-195B는 z = 1.788에 sub-DLA를 포함하고 있으나 동반 퀘이사에는 이를 포함하지 않았다.