[논문 리뷰] Transverse Sizes of CIV Absorption Systems Measured from Multiple QSO Sightlines

Crystal L. Martin, Evan Scannapieco외 4명|arXiv (Cornell University)|2010. 07. 15.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 2인용 수 38

한 줄 요약

이 연구는 쌍성 퀘이사의 에클레르 스펙트로스코피를 사용하여 은하간 매질의 C IV 흡수로 인한 금속 농도가 높은 영역의 횡방향 크기를 측정한다. 36–907 kpc 간격으로 분리된 여러 시선을 통해 C IV 시스템의 군집을 분석함으로써, $0.42 \pm 0.15\, h^{-1}$ 공동 운동 Mpc의 특징적인 횡방향 크기를 발견하였으며, 이는 은하주변 금속 농도 향상의 물리적 범위를 나타내고, $z \sim 1.7$–$4.5$에서 금속 유출 속도와 농도 향상 시간스케일을 제약한다. 결과적으로, 금속 농도 향상가 $z \geq 4.3$ 이전에 발생했으며, 이는 초기 은하 또는 거대 별들에 의해 주도된 것으로 보인다.

ABSTRACT

We present tomography of the circum-galactic metal distribution at redshift 1.7 to 4.5 derived from echellete spectroscopy of binary quasars. We find CIV systems at similar redshifts in paired sightlines more often than expected for sightline-independent redshifts. As the separation of the sightlines increases from 36 kpc to 907 kpc, the amplitude of this clustering decreases. At the largest separations, the CIV systems cluster similar to Lyman-break galaxies (Adelberger et al. 2005a). The CIV systems are significantly less correlated than these galaxies, however, at separations less than R_1 ~ 0.42 +/- 0.15 h-1 comoving Mpc. Measured in real space, i.e., transverse to the sightlines, this length scale is significantly smaller than the break scale estimated from the line-of-sight correlation function in redshift space (Scannapieco et al. 2006a). Using a simple model, we interpret the new real-space measurement as an indication of the typical physical size of enriched regions. We adopt this size for enriched regions and fit the redshift-space distortion in the line-of-sight correlation function. The fitted velocity kick is consistent with the peculiar velocity of galaxies as determined by the underlying mass distribution and places an upper limit on the outflow (or inflow) speed of metals. The implied time scale for dispersing metals is larger than the typical stellar ages of Lyman-break galaxies (Shapley et al. 2001), and we argue that enrichment by galaxies at z > 4.3 played a greater role in dispersing metals. To further constrain the growth of enriched regions, we discuss empirical constraints on the evolution of the CIV correlation function with cosmic time. This study demonstrates the potential of tomography for measuring the metal enrichment history of the circum-galactic medium.

연구 동기 및 목표

• 고적색도에서 은하주변 매질(CGM)의 금속 농도 향상 영역의 물리적 횡방향 크기를 측정하기 위해.
• C IV 흡수 시스템의 공간 군집을 측정하여 간성 금속 농도 향상의 시스템적 시간스케일과 기원을 제약하기 위해.
• 질량 밀도가 아닌 공간 크기 중심의 분석을 통해 기체 밀도 및 이온화장의 진화에 대한 민감도를 감소시키기 위해.
• 관측된 크기 척도를 이론 모델과 비교하여 금속 농도 향상의 원인이 초기 은하인지 거대 별인지 테스트하기 위해.

제안 방법

• 동일한 대규모 구조를 관통하는 여러 밀접한 간격의 시선을 확보하기 위해 쌍성 퀘이사의 에클레르 스펙트로스코피를 사용한다.
• 두 시선 간의 횡방향 간격(36–907 kpc)에 따라 C IV 흡수 시스템의 군집도를 측정한다.
• 실공간 상관함수를 적용하여 횡방향 군집을 분리하고, 선형 방향 속도 오프셋에 의한 적색편이-공간 왜곡을 최소화한다.
• 관측된 흡수 시스템과 무작위 카탈로그에서 상관함수를 계산하기 위해 Landy-Szalay 추정기를 적용한다.
• 관측된 횡방향 상관함수를 단순 모델에 맞춰서 농도 향상 영역의 물리적 크기를 유추한다.
• 유도된 크기를 바탕으로 금속의 속도 분산을 제약하여 금속 유출/유입 속도의 상한선을 설정한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 은하간 매질에서 $z \sim 1.7$–$4.5$에서 금속 농도 향상 영역의 일반적인 횡방향 물리적 크기는 얼마인가요?
• RQ2 두 퀘이사 시선 간의 횡방향 간격에 따라 C IV 흡수 시스템의 군집도는 어떻게 변화합니까?
• RQ3 관측된 군집 척도와 일치하는 평균 금속 유출 또는 유입 속도의 상한선은 얼마입니까?
• RQ4 관측된 농도 향상 영역의 크기 척도는 이전에 질량 밀도 측정으로부터 유추된 것보다 더 이른 농도 향상 시기를 암시합니까?
• RQ5 관측된 군집 패tern은 고적색도 은하와 초기 거대 별에 의한 농도 향상 간을 구별할 수 있습니까?

주요 결과

• C IV 시스템의 횡방향 상관 길이는 $0.42 \pm 0.15\, h^{-1}$ 공동 운동 Mpc로 측정되었으며, 이는 금속 농도 향상 영역의 일반적인 물리적 크기를 나타낸다.
• C IV 시스템은 $0.42\, h^{-1}$ Mpc 이하의 간격에서 유의미한 군집을 보이지만, 더 큰 척도에서는 라이만-브레이크 은하보다 덜 상관된다.
• 관측된 횡방향 크기는 선형 방향 적색편이-공간 상관함수에서 유도된 붕괴 척도보다 현저히 작으며, 강한 적색편이-공간 왜곡이 있음을 시사한다.
• 유도된 금속 유출/유입 속도는 기저 질량 분포에서 유래한 은하의 특수 속도와 일치하며, 대규모 금속 운동의 상한선을 설정한다.
• 크기 측정 결과는 금속 농도 향상가 $z \geq 4.3$ 이전에 발생했음을 시사하며, 이는 거대 별 또는 저질량 은하에 의한 초기 농도 향상에 유리하다.
• 이 연구는 질량 밀도 추정치의 대안으로 타원형 크기 측정이 CGM의 금속 농도 향상 역사 제약에 있어 신뢰할 수 있는 방법임을 보여준다.