[논문 리뷰] Trident: A three-pronged galaxy survey. I. Lyman alpha emitting galaxies at z~2 in GOODS North

Andreas Sandberg, L. Guaita외 3명|arXiv (Cornell University)|2015. 01. 24.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 104인용 수 3

한 줄 요약

이 연구는 노르웨이 천문대의 맞춤형 필터를 사용하여 GOODS 북쪽 천역에서 z~2의 라이만 알파 방출은 은하(LAEs)에 대한 협대역 조사 결과를 제시한다. 광학에서 적외선까지의 SED 피팅과 원거리 적외선 광도측정을 통합하여, 이러한 빛의 강도를 가진 LAEs가 유일하게 젊은 저질량은 아닐 뿐 아니라 낮은-dust 환경이 반드시 필요하지 않음을 밝혀내며, 라이만 알파의 탈출이 순수하고 먼지 없는 환경을 요구한다는 기존의 가정에 도전한다.

ABSTRACT

Context. Lyman alpha emitting galaxies (LAEs) are used to probe the distant universe and are therefore important for galaxy evolution studies and for providing clues to the nature of the epoch of reionization, but the exact circumstances under which Lyman alpha escapes a galaxy are still not fully understood. Aims. The Trident project is designed to simultaneously examine Lyman alpha, H-alpha and Lyman Continuum emission from galaxies at redshift z~2, thus linking together these three aspects of ionising radiation in galaxies. In this paper, we outline the strategy of this project and examine the properties of LAEs in the GOODS North field. Methods. We performed a narrowband LAE survey in GOODS North using existing and two custom made filters at the Nordic Optical Telescope with MOSCA. We use complementary broad band archival data in the field to make a careful candidate selection and perform optical to near-IR SED fitting. We also estimate far-infrared luminosities by matching our candidates to detections in Spitzer/MIPS 24μm and Herschel/PACS catalogs. Results. We find a total of 25 LAE candidates, probing mainly the bright end of the LAE luminosity function with L_Ly α ~ 1-15e42 erg/s. They display a range of masses of ~0.5-50e9 M_solar, and average ages from a few tens of Myr to 1 Gyr when assuming a constant star formation history. The majority of our candidates also show signs of recent elevated star formation. Three candidates have counterparts in the GOODS-Herschel far-IR catalogue, with luminosities consistent with ultra-luminous infrared galaxies (ULIRGs). Conclusions. The wide range of parameters derived from our SED fitting, as well as part of our sample being detected as ULIRGs, seems to indicate that at these Lyman alpha luminosities, LAEs do not necessarily have to be young dwarfs, and that a lack of dust is not required for Lyman alpha to escape.

연구 동기 및 목표

• z~2에서 라이만 알파(Lyα) 방출이 은하에서 어떻게 가능한지 물리적 조건을 조사하며, 특히 먼지와 은하간성 매질의 운동학적 역할을 규명한다.
• 다중 파장 조사로 고적색 이격 은하에서 Lyα, Hα, 그리고 라이만 연속체(LyC) 방출을 동시에 탐색한다.
• z~2에서 Lyα 방출 은하가 주로 젊고 낮은 질량, 먼지가 적은 시스템인지 여부를 규명하며, 다른 물리적 조건이 Lyα 탈출을 가능하게 할 수 있는지 평가한다.
• Lyα 빛의 강도, 별 형성 역사, 원거리 적외선 방출 간의 관계를 분석하며, 특히 ULIRG 유사 시스템과의 관련성을 고려한다.

제안 방법

• 노르웨이 천문대의 MOSCA 장치를 사용하여 두 개의 맞춤형 필터와 하나의 기존 협대역 필터를 활용해 GOODS 북쪽 천역에서 LAE 협대역 조사를 수행하였다.
• 예상된 별 질량, 연령, 별 형성률을 추정하기 위해 광학에서 적외선까지의 밴드 폭 광도 데이터(예: HST, CFHT, VISTA)를 활용해 SED 피팅을 수행하였다.
• 원거리 적외선 광도측정을 위해 LAE 후보군을 Spitzer/MIPS 24 μm 및 Herschel/PACS 원거리 적외선 카탈로그와 매칭하여 원거리 적외선 빛의 강도를 추정하고 ULIRG 유사 시스템을 식별하였다.
• 일정한 별 형성 역사 모델을 사용해 별 집단의 물리적 특성(예: 연령, 질량)을 유도하고 젊은 별 집단의 질량 비율을 평가하였다.
• 관측된 광도측정과 SED 모델 간의 적합도 평가를 위해 카이제곱 최소화 기법을 적용하였다.
• 형태학적 특성(예: N/B/I)과 SED 유도 특성(f_young)을 기반으로 후보군을 분류하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 GOODS 북쪽 천역에서 z~2의 라이만 알파 방출 은하(LAEs)의 별 질량과 연령 분포는 어떻게 되는가?
• RQ2 z~2의 라이만 알파 방출 은하에서 최근 또는 높은 별 형성 활동이 얼마나 두드러지는가?
• RQ3 이 LAEs에 상응하는 원거리 적외선 대응체가 존재하는가? 만약 존재한다면, 이는 ULIRG 유사 성질이나 높은 먼지 함량을 나타내는가?
• RQ4 다량의 먼지가 있거나 오래된 별 집단을 가진 은하에서도 라이만 알파가 탈출할 수 있는가? 이는 라이만 알파 탈출이 낮은 먼지와 젊은 연령을 반드시 요구한다는 기존의 견해에 도전하는가?
• RQ5 고적색 이격 은하에서 Lyα 빛의 강도, Hα 방출, 라이만 연속체(LyC) 탈출 간의 관계는 어떠한가?

주요 결과

• 조사를 통해 GOODS 북쪽 천역에서 25개의 라이만 알파 방출 은하(LAE) 후보를 특정하였으며, Lyα 빛의 강도는 1에서 15 × 10^42 erg s⁻¹의 범위를 가졌다.
• LAE 후보의 별 질량 범위는 0.5 × 10^9 M☉에서 50 × 10^9 M☉까지 다양하게 분포되어 있으며, 이는 다양한 은하 환경을 반영한다.
• 일정한 별 형성 역사 모델 하에 평균 연령는 수십 밀리온 년에서 1 Gyr까지 다양하며, 상당한 비율이 최근 또는 높은 별 형성 활동의 흔적을 보였다.
• 세 개의 LAE 후보가 GOODS-Herschel 카탈로그에서 원거리 적외선 대응체를 확보하였으며, 이들의 빛의 강도는 초광역 적외선 은하(ULIRGs)와 유사하여 높은 먼지 함량을 시사한다.
• 일부 LAEs에서 ULIRG 유사 원거리 적외선 빛의 강도가 관측됨으로써, 먼지가 많은 환경에서도 라이만 알파가 탈출할 수 있음을 시사하며, 라이만 알파 탈출이 낮은 먼지 함량을 반드시 요구한다는 오랜 가정에 도전한다.
• 질량, 연령, 별 형성 역사를 포함한 다양한 유도 물리적 특성의 광범위한 분포는, 이러한 빛의 강도를 가진 LAEs가 유일하게 젊고 낮은 질량의 시스템이 아니며, 라이만 알파 탈출을 가능하게 하는 다양한 경로가 존재할 수 있음을 시사한다.