[논문 리뷰] The second detection of CO at redshift larger than 4

S. Guilloteau, A. Omont외 3명|arXiv (Cornell University)|1997. 11. 09.

Atmospheric and Environmental Gas Dynamics인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 적색이동 z > 4에서 탄소산화물(CO) 방출을 두 번째로 보고하며, 특히 3mm에서 IRAM 간섭계를 사용하여 적색이동 z=4.41인 전파가 억제된 활성은하핵 BRI1335-0415에서 J=5-4 전이를 관측하였다. 연구는 통합 선 강도 2.8±0.3 Jy km s⁻¹, 선폭 420±60 km s⁻¹, 1.35mm 연속 스펙트럼 강도 5.6±1.1 mJy를 확인하였으며, 이는 약 10¹¹ 태양질량의 분자기체 질량을 시사한다. 중력 렌즈 효과나 확장된 방출에 강력한 증거는 없었다.

ABSTRACT

We report the detection with the IRAM interferometer at 3mm of J=5-4 CO line in the radio quiet quasar BRI1335-0415 at redshift of z=4.41. After BR1202-0725 at z=4.69 (Ohta etal 1996, Omont etal 1996a), this is the second detection of CO at z>3. The integrated line intensity is 2.8+-0.3 Jy km s^{-1} with a linewidth of 420+-60 km s^{-1}. The dust continuum emission has also been mapped at 1.35mm. The 1.35mm flux is found to be 5.6+-1.1mJy. The ratio of the CO to 1.35mm continuum flux is slightly larger than for BR1202-0725. Contrary to the case of BR1202-0725, there is only marginal evidence of extension of the 1.35mm continuum and 3mm CO emission. In the absence of gravitational lensing, for which there is no a priori evidence, and within the uncertainties of the CO to M(H_2) conversion factors, the mass of molecular gas M(H_2) could be 10^{11} solar masses.

연구 동기 및 목표

• 전파가 억제된 은하핵에서 적색이동 z > 4에서 CO 방출을 탐지하여 고적색이동 분자기체 저축지의 기존 샘플을 확장한다.
• CO 선 및 먼지 연속 스펙트럼 측정을 통해 고적색이동 은하핵 내 분자기체 질량을 제약한다.
• 중력 렌즈의 존재 여부를 평가하여, 관측된 강도가 과도하게 증폭되거나 질량 추정이 왜곡되는지를 확인한다.
• 이전에 탐지된 적색이동 z=4.69인 은하핵 BR1202-0725와의 CO 대 먼지 연속 스펙트럼 강도 비율을 비교한다.
• 분자기체 함량을 통해 초기 거대 은하의 별 형성 및 진화에 미치는 영향을 평가한다.

제안 방법

• IRAM 간섭계를 사용하여 BRI1335-0415에서 3mm에서 CO J=5-4 전이를 관측하여 분자기체 방출을 탐지한다.
• 1.35mm에서 먼지 연속 스펙트럼 방출을 맵핑하여 고정계 적외선 빛의 강도와 먼지 질량을 결정한다.
• 통합 선 강도와 선폭 측정을 통해 표준 CO-to-H₂ 변환 요소를 이용해 총 분자기체 질량을 추정한다.
• CO 선 강도와 1.35mm 연속 스펙트럼 강도를 비교하여 CO 대 먼지 비율과 그에 따른 소스 기하학적 구조 및 증폭 효과를 평가한다.
• CO 및 먼지 방출의 공간적 확장을 평가하여 중력 렌즈 효과가 존재하는지 확인한다. 이 경우 확장되거나 다중 성분의 방출이 나타날 것이다.
• CO 빛의 강도와 표준 변환 요소를 사용하여, 중력 렌즈가 없다고 가정하고 총 분자수소 질량 M(H₂)을 추정한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 적색이동 z=4.41인 고적색이동 은하핵 BRI1335-0415의 분자기체 함량은 CO J=5-4 선을 통해 어떻게 추정될 수 있는가?
• RQ2 관측된 CO 및 먼지 연속 스펙트럼 방출은 확장되어 있는가? 이는 중력 렌즈의 가능성을 시사하는가?
• RQ3 BRI1335-0415의 CO 대 먼지 연속 스펙트럼 강도 비율은 이전에 탐지된 적색이동 z=4.69인 은하핵 BR1202-0725와 비교하여 어떻게 다른가?
• RQ4 BRI1335-0415의 추정된 분자기체 질량은 얼마이며, 다른 고적색이동 시스템과 비교하여 어떻게 다른가?
• RQ5 렌즈 효과에 강력한 증거가 없는 것이 기체 질량 및 빛의 강도 해석에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• 적색이동 z=4.41인 BRI1335-0415에서 3mm에서 CO J=5-4 선이 통합 강도 2.8±0.3 Jy km s⁻¹로 탐지되었다.
• 선의 반폭은 420±60 km s⁻¹로, 넓은 방출 프로파일을 나타낸다.
• 1.35mm 먼지 연속 스펙트럼 강도는 5.6±1.1 mJy로 측정되었으며, 먼지가 풍부하고 별 형성이 활발한 환경임을 일치시킨다.
• CO 선 강도 대 1.35mm 연속 스펙트럼 강도 비율은 이전에 관측된 z=4.69 은하핵 BR1202-0725보다 略로 높은 편이다.
• CO 또는 먼지 연속 스펙트럼 방출에서 공간적 확장에 대한 여유로운 증거는 없으며, 중력 렌즈 효과가 강력하지 않음을 시사한다.
• 렌즈 효과가 없고 표준 CO-to-H₂ 변환 요소를 적용할 경우, 분자기체 질량은 약 10¹¹ 태양질량으로 추정된다.