[논문 리뷰] The MeerKAT Absorption Line Survey (MALS)

N. Gupta, R. Srianand외 42명|arXiv (Cornell University)|2017. 08. 24.

Astrophysics and Star Formation Studies인용 수 19

한 줄 요약

메르카타 흡수선 조사(MALS)는 0 < z < 2 범위에서 간섭 및 관련 기체의 H i 21-cm 및 OH 18-cm 흡수선을 탐지하기 위해 메르카타의 L- 및 UHF 대역 수신기를 사용하여 깊고-dust에 영향을 받지 않는 설문 조사를 제안한다. 고감도(N(H i) > 10¹⁹ cm⁻²)로, 냉각 기체의 단면적 진화를 측정하고, 항성 형성률 밀도의 원인을 제약하며, 기본 상수 및 자기장 진화에 대한 정밀한 시험을 가능하게 한다.

ABSTRACT

Deep galaxy surveys have revealed that the global star formation rate (SFR) density in the Universe peaks at 1 &lt; z &lt; 2 and sharply declines towards z = 0. But a clear picture of the underlying processes, in particular the evolution of cold atomic (~100 K) and molecular gas phases, that drive such a strong evolution is yet to emerge. MALS is designed to use MeerKAT's L- and UHF-band receivers to carry out the most sensitive (N(HI)&gt;10$^{19}$ cm$^{-2}$) dust-unbiased search of intervening HI 21-cm and OH 18-cm absorption lines at 0 &lt; z &lt; 2. This will provide reliable measurements of the evolution of cold atomic and molecular gas cross-sections of galaxies, and unravel the processes driving the steep evolution in the SFR density. The large sample of HI and OH absorbers obtained from the survey will (i) lead to tightest constraints on the fundamental constants of physics, and (ii) be ideally suited to probe the evolution of magnetic fields in disks of galaxies via Zeeman Splitting or Rotation Measure synthesis. The survey will also provide an unbiased census of HI and OH absorbers, i.e. cold gas associated with powerful AGNs (&gt;10$^{24}$ W Hz$^{-1}$) at 0 &lt; z &lt; 2, and will simultaneously deliver a blind HI and OH emission line survey, and radio continuum survey. Here, we describe the MALS survey design, observing plan and the science issues to be addressed under various science themes.

연구 동기 및 목표

• 0 < z < 2 범위에서 은하 내 냉각 원자 및 분자 기체 단면적의 진화를 측정하여 항성 형성률 밀도의 설명되지 않은 감소 원인을 밝히는 것.
• 이전 설문 조사의 한계를 극복하기 위해 간섭 H i 21-cm 및 OH 18-cm 흡수선에 대해 가장 민감하고 먼지에 영향을 받지 않는 설문 조사를 수행하는 것.
• 강력한 AGN(>10²⁴ W Hz⁻¹)과 관련된 H i 및 OH 흡수체에 대한 신뢰할 수 있는 통계를 제공하여 은하간 매질 물리학 및 자기장 조사를 가능하게 하는 것.
• 보조적으로 망원경의 빈 H i 및 OH 방출선 설문 조사 및 전파 연속 스펙트럼 설문 조사를 제공하여 다파장 협업을 강화하는 것.
• 정밀한 선 주파수 측정을 통해 기본 상수의 변화 및 우주 가속도에 대한 엄격한 제약을 제공하는 것.

제안 방법

• 남반천의 천체(−40° < δ < +30°)에서 스펙트럼적으로 확인된 적색편이를 가진 전파 강도가 높은 FSRQ 중심에 300개의 점을 관측하기 위해 메르카타의 L- 및 UHF 대역 수신기를 활용한다.
• 각 점에 대해 몇 개월 간격으로 두 번의 관측을 실시하여 지구의 태양계 운동을 이용하고 20–30 km s⁻¹의 도플러 이동을 통해 진짜 흡수와 RFI를 명확히 구분한다.
• 광대역 스펙트로-스핀성 분광법을 적용하여 제만 분리 및 회전 측정 효과를 탐지하여 은하 디스크 내 자기장 조사를 가능하게 한다.
• WISE 적외선 색을 사용하여 약 75%의 효율로 고적색편이(z > 1.4) 후보 퀘이사들을 사전 선별하고, SALT 및 NOT를 이용한 광학 스펙트럼 측정을 통해 적색편이를 확인한다.
• 캘리브레이션, 플래깅 및 선 탐지에 적합한 데이터 파이프라인(ARTIP)을 구현하고, 정기적으로 보정된 기록 및 이미지를 공개한다.
• 중심 소스의 VLBI 이미징 자료와 흡수선 데이터를 융합하여 전파 구조가 흡수 탐지 가능성에 어떤 영향을 미치는지 평가한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 z ≈ 0에서 z ≈ 2로 갈수록 은하 내 냉각 원자 및 분자 기체의 단면적은 어떻게 진화하며, 항성 형성률 밀도의 급격한 감소는 무엇에 의해 유도되는가?
• RQ2 0 < z < 2 범위에서 H i 21-cm 흡수 경로 길이 함수(n₂₁(z))와 OH 18-cm 흡수 경로 길이 함수(n_OH(z))의 진짜 진화는 어떠한가?
• RQ3 간섭 H i 및 OH 흡수체는 은하 디스크, 하모, 또는 군 간 매질 내 냉각 기체 저축을 어느 정도 정확히 추적하는가?
• RQ4 관측된 H i 및 OH 선 주파수는 기본 상수의 변화와 우주 가속도에 대해 가장 엄격한 제약을 제공할 수 있는가?
• RQ5 제만 분리 및 회전 측정 합성 기법을 통해 흡수선에서 측정한 자기장은 적색편이에 따라 어떻게 진화하는가?

주요 결과

• 설문 조사는 N(H i) > 10¹⁹ cm⁻² 조건을 만족하는 약 200개의 간섭 H i 21-cm 흡수체와 약 500개의 관련 흡수체를 탐지할 것으로 예상되며, 이는 신뢰할 수 있는 경로 길이 함수 측정을 가능하게 한다.
• 첫 해 관측은 적색편이가 확인된 FSRQ 중심에 위치한 천체들 중 70%에 대해 적도 범위 −40° < δ < +30°에서 실시되어 n₂₁(z) 및 n_OH(z)에 대한 신뢰할 수 있는 기초 자료를 확보할 것이다.
• WISE 사전 선별 및 광학 후속 관측을 통해 팀은 지난 두 해 동안 약 100개의 새로운 고적색편이(z > 1.4) FSRQ를 식별했으며, 이는 표적으로 사용할 수 있는 천체 수를 크게 증가시켰다.
• 설문 조사는 빈 H i 및 OH 방출선 설문 조사와 전파 연속 스펙트럼 설문 조사를 보조적으로 제공하며, 정기적으로 공동체에 자료를 공개할 것이다.
• 20–30 km s⁻¹의 도플러 이동을 가진 두 번의 관측을 통해 참 흡수와 RFI를 명확히 구분할 수 있어 카탈로그의 신뢰성을 보장할 수 있다.
• 중심 소스의 VLBI 이미징을 통해 전파 구조가 흡수 탐지 가능성과 적색편이 진화에 미치는 영향을 정량화할 수 있을 것이다.