[논문 리뷰] The Lyman alpha reference sample. VII. Spatially resolved H$α$ kinematics

E. C. Herenz, Pieter Gruyters외 20명|Lund University Publications (Lund University)|2015. 11. 17.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 143인용 수 28

한 줄 요약

이 연구는 칼라 호초에서의 적층 스펙트로스코피를 이용하여 14개의 라이만 알파 기준 샘플은 은하의 공간적으로 해상도가 높은 Hα 운동학을 제시하며, 현재 진행 중인 상호작용과 연결된 복잡한 이온화 기체 운동학을 드러낸다. 주요 발견으로는 높은 속도 분산, 비대칭 선형형, 다중 기체 성분을 나타내는 운동학적 분리 현상이 있으며, LARS 13은 173 km s⁻¹의 속도 시프트를 보이고, LARS 14는 기복이 넓은 Hα 날개를 보이며 분출을 일으키는 것으로 일치한다.

ABSTRACT

We present integral field spectroscopic observations with the Potsdam Multi Aperture Spectrophotometer of all 14 galaxies in the $z\sim 0.1$ Lyman Alpha Reference Sample (LARS). We produce 2D line of sight velocity maps and velocity dispersion maps from the Balmer $α$ (H$α$) emission in our data cubes. These maps trace the spectral and spatial properties of the LARS galaxies' intrinsic Ly$α$ radiation field. We show our kinematic maps spatially registered onto the Hubble Space Telescope H$α$ and Lyman $α$ (Ly$α$) images. Only for individual galaxies a causal connection between spatially resolved H$α$ kinematics and Ly$α$ photometry can be conjectured. However, no general trend can be established for the whole sample. Furthermore, we compute non-parametric global kinematical statistics -- intrinsic velocity dispersion $σ_0$, shearing velocity $v_\mathrm{shear}$, and the $v_\mathrm{shear}/σ_0$ ratio -- from our kinematic maps. In general LARS galaxies are characterised by high intrinsic velocity dispersions (54\,km\,s$^{-1}$ median) and low shearing velocities (65\,km\,s$^{-1}$ median). $v_\mathrm{shear}/σ_0$ values range from 0.5 to 3.2 with an average of 1.5. Noteworthy, five galaxies of the sample are dispersion dominated systems with $v_\mathrm{shear}/σ_0 <1$ and are thus kinematically similar to turbulent star forming galaxies seen at high redshift. When linking our kinematical statistics to the global LARS Ly$α$ properties, we find that dispersion dominated systems show higher Ly$α$ equivalent widths and higher Ly$α$ escape fractions than systems with $v_\mathrm{shear}/σ_0 > 1$. Our result indicates that turbulence in actively star-forming systems is causally connected to interstellar medium conditions that favour an escape of Ly$α$ radiation.

연구 동기 및 목표

• Hα 복사선을 이용하여 라이만 알파 기준 샘플 은하의 이온화 기체 운동학을 공간적으로 해상도 있게 조사하기.
• Hα 운동학과 초성운 은하에서의 라이만 알파 탈출 간의 관계 이해하기.
• 속도 기울기와 비대칭 선형형을 통해 지속적인 상호작용과 분출의 징후를 식별하기.
• 이전의 적응 광학 관측 결과와 비교하여 시야 제한된 데이터의 한계 평가하기.

제안 방법

• 스페크트로스코피적 적층 장치(IFS)를 이용해 칼라 호초에 위치한 스펙트로스코피 센터(CEHA)에서 공간적으로 해상도가 높은 Hα 복사선 데이터 확보.
• Hα 선형형의 가우시안 피팅을 통해 은하 전역의 시선 속도(v_LOS)와 속도 분산(σ) 매핑.
• 비대칭 또는 이중피크 선형형의 공간적 및 스펙트럼적 분석을 통해 운동학적 하위구조 식별.
• 해상도 및 신호 제한 사항 평가를 위해 이전의 적응 광학 파스텐-알파 IFS 관측 결과와 비교.
• 운동학적 분리와 난류를 정량화하기 위해 속도 시프트(v_shear)와 속도 분산 비율(v_shear/σ₀) 사용.
• 복잡한 운동학적 영역를 분리하기 위해 공간 마스크 및 진단 영역(예: 그림 7의 점선 사각형) 적용.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 라임 알파 기준 샘플 은하에서 이온화 기체 운동학의 공간 분포는 어떻게 되며, 라이만 알파 탈출과 어떤 관련이 있는가?
• RQ2 비대칭 또는 이중피크 Hα 선형형은 이러한 시스템에서 다중 운동학 성분 또는 분출을 나타내는가?
• RQ3 속도 기울기와 분산은 상호작용 영역에서 어떻게 변화하며, 이는 체계의 역학적 상태를 어떻게 드러내는가?
• RQ4 시야 제한된 IFS 관측은 고해상도 적응 광학 데이터와 비교해 어떤 정도로 운동학 측정을 재현하거나 다를까?
• RQ5 지속적인 상호작용은 이러한 초성운 은하의 이온화 기체 운동학과 라이만 알파 복사에 어떤 역할을 하는가?

주요 결과

• LARS 13은 북부 성분을 관통해 173 km s⁻¹의 강한 속도 기울기를 보이며, 복잡한 운동학이 종방향 및 횡방향 기체 구조의 겹침을 나타낸다.
• LARS 13에서 Hα 선형형은 비대칭이며, 북서부 겹침 영역에서 확장된 청색 날개를 보이며, 단일 가우시안 피팅으로는 포착되지 않는 다중 운동학 성분을 나타낸다.
• 동부 영역의 스파크셀은 넓은 속도 분산의 대각선 패턴을 보이며, 두 개의 연장된 기체 구조 간의 운동학적 분리가 일어나고 있음을 시사한다.
• LARS 14는 주 성분에서 높은 속도 분산(σ ≈ 175 km s⁻¹)과 넓은 Hα 날개를 보이며, 분출하는 이온화 기체를 나타내며 녹색 페가 은하 특성과 일치한다.
• LARS 14에서 속도 시프트 대 속도 분산 비율(v_shear/σ₀ = 0.6 ± 0.1)은 이전의 적응 광학 연구와 일치하지만, 북부 성분만 고려할 경우 더 낮아진다.
• LARS 13에서 라이만 알파 빛의 세기(L_Lyα = 7 × 10⁴¹ erg s⁻¹)는 낮으며, 라이만 알파 광자 중 1%만 탈출하고, 라이만 알파 등가폭은 좁게(6 Å) 나타나, 좁은 대역 필터 설문 조사에서 고적색편이 LAE로 선별되지 않을 것임을 시사한다.