[논문 리뷰] The ESO UVES Advanced Data Products Quasar Sample - II. Cosmological Evolution of the Neutral Gas Mass Density

Tayyaba Zafar, Céline Péroux외 4명|UWA Profiles and Research Repository (University of Western Australia)|2013. 07. 02.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 104인용 수 103

한 줄 요약

이 연구는 ESO UVES 고급 데이터 제품에서 유의미한 표본 122개의 활성은하핵을 사용하여, log $N_{{ m H} m I} = 19.0$ cm$^{-2}$까지의 H i 열량 밀도 분포함수 $f_{{ m H} m I}(N,z)$의 적색편이 진화를 측정한다. 이로써 하위-DLA 영역에서의 평탄화 현상이 드러났으며, 하위-DLA는 $1.5 < z < 5.0$ 범위에서 총 중성 가스 질량 밀도 $\Omega_{\rm g}$의 8–20% 기여한다. $\Omega_{\rm g}$의 유의미한 진화가 없음을 확인함으로써, 별 형성 외에 가스 재충전 메커니즘이 필요하다는 결론을 이끌어낸다.

ABSTRACT

Quasar foreground damped absorbers, associated with HI-rich galaxies allow to estimate the neutral gas mass over cosmic time, which is a possible indicator of gas consumption as star formation proceeds. The DLAs and sub-DLAs are believed to contain a large fraction of neutral gas mass in the Universe. In Paper I of the series, we present the results of a search for DLAs and sub-DLAs in the ESO-UVES Advanced Data Products dataset of 250 quasars. Here we use an unbiased sub-sample of sub-DLAs from this dataset. We build a subset of 122 quasars ranging from 1.5

연구 동기 및 목표

• 고해상도 활성은하핵 스펙트럼을 사용하여 하위-DLA 한계까지의 적색편이 진화를 측정하는 H i 열량 밀도 분포함수 $f_{{ m H} m I}(N,z)$를 유도하기 위해.
• 하위-DLA의 통계적 성질과 $1.5 < z < 5.0$ 범위에서 총 중성 가스 질량 밀도 $\Omega_{\rm g}$에 대한 기여도를 결정하기 위해.
• 이전 연구에서 모순된 결과를 보였기에, 중성 가스 질량 밀도 $\Omega_{\rm g}$가 적색편이에 따라 진화하는지 테스트하기 위해.
• 은하 진화에서 가스 소모 및 재충전에 대한 하위-DLA의 역할과 우주 바리온 예산에 미치는 영향을 평가하기 위해.
• ESO UVES 샘플을 문헌에서 확보한 하위-DLA 데이터와 융합하여, $\Delta z = 193$ 범위에서 89개의 하위-DLA로 구성된 강력하고 편향 없는 샘플을 구축하기 위해.

제안 방법

• ESO UVES 고급 데이터 제품에서 $1.5 < z_{\rm em} < 5.0$ 범위의 122개 활성은하핵의 통계적 샘플을 구성하여 하위-DLA 탐지에 있어 편향 없는 선택을 보장함.
• UVES의 고해상도를 활용해 H i 열량 밀도 $N_{{ m H} m I}$를 고정밀도로 측정함으로써 log $N_{{ m H} m I} = 19.0$ cm$^{-2}$까지 탐지 가능함.
• ESO UVES 하위-DLA 샘플을 문헌에서 확보한 89개의 하위-DLA와 융합하여, $\Delta z = 193$ 범위에서 통계 분석을 위한 총 89개의 흡수체 샘플을 구성함.
• 하위-DLA의 수 밀도와 선 밀도를 LLS 및 DLA와 비교하여 적색편이 진화를 평가함.
• 적색편이에 따른 $f_{{ m H} m I}(N,z)$를 사용하여 하위-DLA 임계값까지 통합함으로써, 다양한 적색편이에서 중성 가스 질량 밀도 $\Omega_{\rm g}$를 계산함.
• 적색편이 진화에 따른 $f_{{ m H} m I}(N,z)$를 평가하여 하위-DLA 영역에서의 평탄화 현상을 발견함으로써, 고적색편이에서 더 많은 하위-DLA가 존재함을 시사함.

Figure 1: Upper panel : Redshift sensitivity function, $g(z)$ , as a function of sub-DLA redshift for the statistical EUADP (gray), O’Meara et al. ( 2007 ) MIKE $+$ ESI (green), Péroux et al. ( 2005 ) (red), Péroux et al. ( 2003a ) (blue), and combined sub-DLA sample (black). Lower panel : The distr

실험 결과

연구 질문

• RQ1 하위-DLA 영역에서 H i 열량 밀도 분포함수 $f_{{ m H} m I}(N,z)$는 적색편이에 따라 어떻게 진화하는가?
• RQ2 적색편이 $1.5 < z < 5.0$ 범위에서 총 중성 가스 질량 밀도 $\Omega_{\rm g}$의 기여도 중 하위-DLA가 차지하는 비율은 얼마인가?
• RQ3 적색편이 범위 $1.5 < z < 5.0$ 동안 총 중성 가스 질량 밀도 $\Omega_{\rm g}$는 일정한가, 아니면 진화하는가?
• RQ4 적색편이 범위 $1.0 < z < 5.0$ 동안 하위-DLA의 수 밀도는 LLS 및 DLA와 비교하여 어떻게 되는가?
• RQ5 적색편이에 따른 $\Omega_{\rm g}$의 변화 없음은 고적색편이 은하에서 가스 공급 메커니즘에 대해 어떤 의미를 갖는가?

주요 결과

• H i 열량 밀도 분포함수 $f_{{ m H} m I}(N,z)$는 하위-DLA 영역에서 평탄화 현상을 보이며, 이는 고적색편이에서 저적색편이에 비해 더 많은 하위-DLA가 존재함을 시사한다.
• 총 $\Delta z = 193$ 범위에서 89개의 하위-DLA를 포함하는 통합 샘플은 하위-DLA 성질의 적색편이 진화에 대한 강력한 통계적 제약 조건을 제공한다.
• 하위-DLA는 적색편이 범위 $1.5 < z < 5.0$ 동안 총 중성 가스 질량 밀도 $\Omega_{\rm g}$의 8–20%를 기여한다.
• 적색편이 $z \sim 1.5$ 에서 $z \sim 5.0$까지의 기간 동안 총 중성 가스 질량 밀도 $\Omega_{\rm g}$에 유의미한 진화가 관측되지 않으며, 이는 지속적인 별 형성에도 불구하고 그렇다.
• $\Omega_{\rm g}$의 비진화는 별 형성만으로는 관측된 가스 저축을 설명할 수 없음을 시사하며, 이는 재결합 또는 외부 가스 유입과 같은 추가 메커니즘이 필요하다는 것을 의미한다.
• 고해상도 UVES 데이터는 log $N_{{ m H} m I} = 19.0$ cm$^{-2}$까지 정밀한 $N_{{ m H} m I}$ 측정이 가능하게 하여 고적색편이에서 상당한 수의 하위-DLA 존재를 확인한다.

Figure 2: Flowchart describing the building of the combined sub-DLA sample. For quasars in common with previous sub-DLA samples and the work presented here, we used $N_{{\rm H}\,{\sc\rm I}}$ and the redshift path from this work.