[논문 리뷰] VLT Spectroscopy of the z=4.11 Radio Galaxy TN J1338-1942

C. De Breuck, van Breugel외 5명|Americanae (AECID Library)|1999. 09. 10.

Adaptive optics and wavefront sensing인용 수 4

한 줄 요약

이 연구는 적색이동 z=4.11인 고적색이동 라디오은하 TN J1338-1942의 VLT FORS1 스펙트로스코피를 제시하며, 라이만-알파 불연속성(D_A)을 0.37±0.1로 측정한다. 이는 일반적인 퀘이사 값보다 유의미하게 낮은 수치이며, 광학적으로 선택된 퀘이사 샘플이 더 높은 D_A로 편향되어 있음을 시사한다. 이는 천체물리적 조사에서 공간 밀도가 과소평가되고 평균 히드로젠 중성원자(중성수소) 열량 밀도가 과대평가될 수 있음을 암시한다.

ABSTRACT

We present optical, infrared and radio data of the z=4.11 radio galaxy TN J1338-1942, including an intermediate resolution spectrum obtained with FORS1on the VLT Antu telescope. TN J1338-1942 was the first z>4 radio galaxy to be discovered in the southern hemisphere and is one of the most luminous Ly-alpha objects in its class. The Ly-alpha and rest-frame optical emission appear co-spatial with the brightest radio hotspot of this very asymmetric radio source, suggesting extremely strong interaction with dense ambient clouds. The VLT observations are sufficiently sensitive to detect the continuum flux both blue-ward and red-ward of the Ly-alpha emission, allowing us to measure the Ly-alpha forest continuum break (Ly-alpha 'discontinuity', D_A) and the Lyman limit. We measure a D_A=0.37+-0.1, which is ~0.2 lower than the values found for quasars at this redshift. We interpret this difference as possibly due to a bias towards large D_A introduced in high--redshift quasar samples that are selected on the basis of specific optical colors. If such a bias would exist in optically selected quasars, - and even in samples of Lyman break galaxies -, then the space density of both classes of object will be underestimated. Furthermore, the average HI column density along cosmological lines of sight as determined using quasar absorption lines would be overestimated. Because of their radio-based selection, we argue that z>4 radio galaxies are excellent objects for investigating D_A statistics. [abridged]

연구 동기 및 목표

• 고적색이동 라디오은하에서 라이만-알파 불연속성(D_A)을 측정하여, 퀘이사 샘플 선택 효과에 미치는 영향을 평가한다.
• 광학적 색상 기반 선택 기준으로 인해 광학적으로 선택된 퀘이사 샘플이 더 높은 D_A 값으로 편향되는지 조사한다.
• 우주론적 선로 시선을 따라 평균 중성수소 열량 밀도를 추정하는 데 있어 퀘이사 흡수선 통계의 신뢰성을 평가한다.
• 광학적 선택 샘플과는 다른 선택 기능을 지닌 라디오로 선택된 z>4 라디오은하를 사용하여 D_A 통계의 편향 없는 측정을 수행한다.
• 라이만-알파 및 휴지역에서의 광학적 방출이 라디오 핫스팟과 공간적으로 공존하는지 분석하여 밀도가 높은 주변 구름과의 상호작용을 추론한다.

제안 방법

• VLT 안투 망원경의 FORS1 기구를 사용하여 중간 해상도의 광학 및 적외선 스펙트로스코피를 확보한다.
• 라이만-알파 방출선의 파장 이하 및 이하 영역에서 연속 스펙트럼 빛을 측정하여 라이만-알파 불연속성(D_A)을 유도한다.
• 관측된 스펙트럼 에너지 분포에서 라이만 한계를 계산하여 라이만 브레이크 존재 여부를 확인한다.
• 측정된 D_A 값을 고적색이동 퀘이사 및 라이만 브레이크 은하와 비교하여 잠재적 선택 편향을 탐지한다.
• 라이만-알파 및 광학적 방출이 가장 밝은 라디오 핫스팟과 공간적으로 공존하는지 분석하여 밀도가 높은 주변 매질과의 상호작용을 추론한다.
• 광학 색상 선택에 대비하여 라디오 기반 선택을 사용하여 D_A 통계의 더 대표성 있는 추정치를 확보한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 고적색이동 라디오은하 TN J1338-1942의 라이만-알파 불연속성(D_A)은 얼마이며, 고적색이동 퀘이사에서 측정된 값과 어떻게 비교되는가?
• RQ2 광학적 색상 선택이 퀘이사 샘플에 더 높은 D_A 값으로 편향을 유도하는가? 이는 공간 밀도 추정치에 체계적인 오류를 초래하는가?
• RQ3 쿼리사 샘플의 선택 효과로 인해, 천체물리적 선로 시선을 따라 평균 중성수소 열량 밀도가 얼마나 과대평가되는가?
• RQ4 TN J1338-1942의 라디오 구조와 비교할 때, 라이만-알파 및 휴지역 광학적 방출의 공간 분포는 어떻게 되는가?
• RQ5 라디오로 선택된 z>4 라디오은하가 고적색이동 천체물리학에서 D_A 통계의 편향 없는 탐색 도구로 기능할 수 있는가?

주요 결과

• TN J1338-1942의 라이만-알파 불연속성(D_A)은 0.37±0.1로 측정되었으며, 이는 고적색이동 퀘이사에서 관측된 일반적인 값보다 유의미하게 낮다.
• 낮은 D_A 값은 광학적으로 선택된 퀘이사 샘플이 색상 기반 선택 기준으로 더 높은 D_A로 편향되어 있음을 시사한다.
• 이 편향은 광학적 조사에서 퀘이사 및 라이만 브레이크 은하의 진짜 공간 밀도가 과소평가될 수 있음을 암시한다.
• 선택 효과를 고려하지 않을 경우, 퀘이사 흡수선에서 유도된 평균 중성수소 열량 밀도가 체계적으로 과대평가될 수 있다.
• 라이만-알파 및 휴지역 광학적 방출은 가장 밝은 라디오 핫스팟과 공간적으로 공존하며, 밀도가 높은 주변 구름과의 강한 상호작용을 나타낸다.
• 광학적으로 선택된 샘플과는 다른 선택 기능을 지닌 라디오로 선택된 z>4 라디오은하, 예를 들어 TN J1338-1942는 D_A 통계의 편향 없는 측정에 이상적인 후보자이다.