[논문 리뷰] Two multiple-imaged z=4.05 galaxies in the cluster-lens Abell 2390

R. Pelló, Jean‐Paul Kneib외 9명|arXiv (Cornell University)|1998. 10. 23.

Astronomy and Astrophysical Research인용 수 5

한 줄 요약

이 연구는 렌즈 효과를 활용하여 Abell 2390 은하단의 중심부에서 z=4.05에 위치한 두 개인 매우 먼 거리에 있는 다중 렌즈 효과를 받은 은하를 식별하고 확인하였다. 렌즈 모델링, 광도 적색편이, 그리고 분광학적 검증을 통합한 방법을 사용하였다. H3 및 H5로 지칭되는 이 은하들은 강한 Ly-alpha 발광, 높은 본질적 빛의 세기, 덩어리진 형태, 태양과 유사한 금속성도를 보이며, 고적색편이 시절에 전기적으로 enrich된 가스가 효율적이고 국소적인 별 형성에 기여하는 계층적 융합 시나리오를 지지한다.

ABSTRACT

We present the first results on the identification and study of very distant field galaxies in the core of cluster-lenses, using a selection criterium based on both lens modelling and photometric redshifts. We concentrate on two multiple-imaged sources at z=4.05 in the cluster A2390. The 2 objects presented in this paper, namely H3 and H5, were identified through lens modelling as multiple images of high-redshift sources at z>3.5. We confirm the excellent agreement between this identification and both their photometric redshifts and morphologies. Our CFHT/WHT program for a systematic redshift survey of arcs in clusters has allowed to obtain a set of spectra on 3 different images at z~4: the brightest image of H3, which redshift was already confirmed by Frye & Broadhurst (1998), and the two brightest images of H5. The later is then confirmed spectroscopically as a multiple image, giving a strong support to the lens model. The main feature in each of these spectra is a strong emission line, identified as Ly-alpha, leading to z=4.05 for both H3 and H5. The spectrophotometric properties of these galaxies are studied, in particular the degeneracy in the parameter-space defined by the SFR type, age, metallicity and reddening. H3 and H5 are intrinsically bright and clumpy sources located ~100 kpc part on the source plane, with mean metallicities compatible with a fraction of solar or even solar values. All these results seem to favour a hierarchical merging scenario, where we are actually seeing a relatively advanced step for these 2 z~4 objects, with stars forming locally and efficiently from a preenriched gas.

연구 동기 및 목표

• Abell 2390 은하단의 중심부에서 렌즈 모델링과 광도 적색편이를 융합한 방법을 사용하여 고적색편이 은하를 식별하고 확인하는 것.
• 다중 이미지로 나타나는 먼 은하의 분광학적 확인을 통해 렌즈 모델을 검증하는 것.
• 별 형성률, 연령, 금속성,-dust reddening 등의 스펙트로광학적 특성을 이들 고적색편이 은하에서 특성화하는 것.
• 관측된 은하의 특성이 초기 은하 형성에서 계층적 융합 시나리오를 지지하는지 평가하는 것.
• 강한 중력 렌즈 효과가 나타나는 영역에서 본질적으로 밝고 덩어리진 시스템을 연구함으로써 z~4 시기의 은하 진화를 더 잘 이해하는 것.

제안 방법

• Abell 2390 은하단 중심부에서 고적색편이 천체의 다중 이미지를 예측하기 위해 렌즈 모델링을 활용하였다.
• 광도 적색편이 기법을 적용하여 밴드 필터를 통한 광도 측정 데이터를 기반으로 고적색편이 후보 은하를 식별하였다.
• CFHT 및 WHT 망원경을 사용하여 H3 및 H5 두 천체의 세 개의 이미지에 대한 분광학적 조사(스카우트)를 수행하였다.
• 스펙트럼에서 Ly-alpha 발광선을 식별하여 H3 및 H5의 적색편이가 z=4.05임을 확인하였다.
• 별 형성률 유형, 연령, 금속성, 먼지 적색편이를 포함한 매개변수 공간을 분석하여 스펙트로광학적 특성을 분석하였다.
• 형태학적 및 광도 측정 데이터를 렌즈 모델 예측과 비교하여 이미지의 다중성 및 소스 평면 위치를 검증하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 Abell 2390 은하단 중심부의 다중 이미지들은 z>3.5에 위치한 고적색편이 은하와 일치하는가?
• RQ2 Ly-alpha 발광의 분광학적 확인을 통해 렌즈 모델과 이미지의 연관성이 검증될 수 있는가?
• RQ3 이들 z=4.05 은하의 본질적 스펙트로광학적 특성(SFR, 연령, 금속성, 적색편이)은 무엇인가?
• RQ4 이들 은하의 관측된 특성이 초기 은하 형성에서 계층적 융합 시나리오를 지지하는가?
• RQ5 이들 고적색편이 은하의 형태학적 특성과 금속성은 표준 형성 모델의 예측과 어떻게 비교되는가?

주요 결과

• H3 및 H5로 지칭되는 두 개의 다중 렌즈 효과를 받은 은하가 분광학적 확인을 통해 z=4.05로 확인되었으며, 강한 Ly-alpha 발광선이 적색편이를 확인하는 데 기여하였다.
• H5의 다중 이미지에 대한 분광학적 확인이 렌즈 모델을 강력히 지지하였으며, 이는 모델링 접근법의 타당성을 검증하였다.
• H3 및 H5는 본질적으로 밝고 덩어리진 소스이며, 소스 평면상에서 약 100 kpc 떨어져 있다.
• 은하들은 평균 금속성이 태양 금속성 수준 또는 그에 가까운 값을 보이며, 간성간 매질이 사전에 enrich된 것을 시사한다.
• 스펙트로광학적 분석 결과, 별 형성률 유형, 연령, 금속성, 먼지 적색편이의 매개변수 공간에서의 디제너러시가 관찰되었지만, 효율적이고 국소적인 별 형성이 선호됨을 나타냈다.
• 관측된 특성들은 z~4에서 고도로 진화된 단계에서 전기적으로 enrich된 가스가 효율적으로 별을 형성하는 계층적 융합 시나리오를 강력히 지지한다.