[논문 리뷰] The MUSE Hubble Ultra Deep Field Survey VIII : Extended Lyman-alpha haloes around high-redshift star-forming galaxies

Floriane Leclercq, Roland Bacon외 18명|arXiv (Cornell University)|2017. 10. 27.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 87인용 수 70

한 줄 요약

이 연구는 MUSE UDF에서 약 145개의 고적(z)가 높은 별 형성 은하 주변의 확장된 Lyα 홀로를 탐지하고 특성화하며, 두 구성요소 지수 모델을 사용해 홀 크기와 플럭스 기여를 정량화한다.

ABSTRACT

We report the detection of extended Lyman-alpha (Lya) haloes around 145 individual star-forming galaxies at redshifts 3 M_{UV}> -22) Lya emitters (LAEs). Using a 2D, two-component decomposition of Lya emission assuming circular exponential distributions, we measure scale lengths and luminosities of Lya haloes. We find that 80% of our objects having reliable Lya halo measurements show Lya emission that is significantly more extended than the UV continuum detected by HST (by a factor ~4 to >20). The median exponential scale length of the Lya haloes in our sample is ~4.5 kpc. By comparing the maximal detected extent of the Lya emission with the predicted dark matter halo virial radii of simulated galaxies, we show that the detected Lya emission of our selected sample of LAEs probes a significant portion of the cold circum-galactic medium (CGM) of these galaxies (>50% in average). This result shows that there must be significant HI reservoirs in the CGM and reinforces the idea that Lya haloes are ubiquitous around high-redshift Lya emitting galaxies. Our characterization of the Lya haloes indicates that the majority of the Lya flux comes from the halo (~65%) and that their scale lengths seem to be linked to the UV properties of the galaxies. We do not observe a significant Lya halo size evolution with redshift. We also find that the Lya lines cover a large range of full width at half maximum (FWHM) from 118 to 512 km/s. While the FWHM does not seem to be correlated to the Lya scale length, most compact Lya haloes and those that are not detected with high significance tend to have narrower Lya profiles. Finally, we investigate the origin of the extended Lya emission but we conclude that our data do not allow us to disentangle the possible processes.

연구 동기 및 목표

• 고적(z)가 높은 적합한 star-forming 은하들 주변의 주변-은 CGM(환경 매질)에 대한 이해를 자극한다.
• Lyα 홀로의 공간적 범위와 UV 연속체 대비 플럭스 기여를 정량화한다.
• Lyα 홀로의 특성이 호스트 UV 속성과 적색편이와 어떤 관계가 있는지 조사한다.
• 확장 Lyα 방출의 선형 프로파일 다양성과 가능한 기전을 평가한다.

제안 방법

• MUSE 데이터 큐브에서 Lyα 협대역 이미지를 구성하고 HST 대응 영상에서 UV 연속 이미지를 얻는다.
• Lyα 방출에 대해 2차원, 2성분 지수 적합을 수행하되, 코어 성분의 UV 연속 스케일 길이에 홀의 스케일 길이를 고정한다.
• 모델을 MUSE PSF로 컨볼브하고 Lyα 이미지에 피팅하여 홀 스케일 길이와 코어/홀 플럭스를 추출한다.
• 노이즈 리얼리제이션과 빈 영역 테스트를 통해 홀과 코어 스케일의 오차를 도출하기 위해 불확실성을 추정한다.
• 검출 한계를 S/N 시뮬레이션과 PSF 기반 크기 한계를 통해 정의하여 신뢰 가능한 홀 측정을 평가한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 MUSE UDF에서 고적(z)이 높은 star-forming 은하들 주변의 확장 Lyα 방출의 보급률은 얼마나 되는가?
• RQ2 Lyα 홀로의 크기와 플럭스 분포가 UV 연속체 및 Lyα 광도와 어떻게 비교되는가?
• RQ3 Lyα 선형 프로파일의 범위는 무엇이며 홀로 특성과 상관관계가 있는가?
• RQ4 확장 Lyα 방출이 산란, 형광복사, 냉각 복사, 또는 위성 기여에 기인하는가?

주요 결과

• 약 145개의 은하에서 통계적으로 유의한 Lyα 홀로가 관측되며 신뢰 가능한 샘플의 약 80%를 차지한다.
• 중위 Lyα 홀로 지수적 스케일 길이는 약 4.5 kpc이며, 일부 홀로는 10 kpc를 초과한다.
• 전체 Lyα 플럭스의 약 65%가 중심 코어가 아닌 홀 구성에서 나온다.
• Lyα 홀로는 일반적으로 UV 연속체보다 확장되어 있으며 크기가 호스트 은하의 UV 특성과 상관관계를 보인다.
• Lyα 선폭은 약 118에서 512 km s−1 범위이며, 더 좁은 프로필은 컴팩트하거나 덜 중요한 홀로와 관련된다.
• 샘플링된 범위 내에서 홀의 크기가 적색편이에 따라 진화한다는 강한 증거는 없다.