[論文レビュー] A radio galaxy at z=3.6 in a giant rotating Lyman $α$ halo

R. van Ojik, H. J. A. Röttgering+4 more|arXiv (Cornell University)|Aug 15, 1996

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena被引用数 5

ひとこと要約

本論文は、赤方偏移 z=3.57 の高赤方偏移電波銀河 1243+036 の周囲に、135 kpc 延びる約 10^44.5 erg s⁻¹ の輝度を持つ巨大で回転するライマンアルファハローの発見を報告する。高分解能分光法および狭帯域画像法により、三つの明確なライマンアルファ成分が特定された：電波ローブ内に位置する高速度成分、ジェットの湾曲部でのブルー・シフト成分、および 20秒角の範囲で 450 km s⁻¹ の速度勾配を示す大規模な回転ハロー。これは、遠方の電波銀河を取り囲む巨大なガス構造における秩序立てた回転を示している。

ABSTRACT

We present the discovery and detailed observations of the radio galaxy 1243+036 (=4C 03.24) at a redshift of $z=3.57$. The most spectacular feature of 1243+036 is the presence of a Ly$α$ halo of luminosity $\sim10^{44.5}$ ergs s$^{-1}$ which extends over$\sim20''$ (135 kpc). The narrow band imaging and the high resolution spectroscopy show that the Ly$α$ gas has three distinct components: (i) gas with a high velocity dispersion (1550 km s$^{-1}$ FWHM) located inside the radio structure, (ii) enhanced Ly$α$ emission blue shifted by 1100 km s$^{-1}$ at the location of the strong bend in the radio jet and (iii) Ly$α$ emission extending out well beyond the radio lobes. This emission has a low velocity dispersion (250 km s$^{-1}$ FWHM) and a velocity gradient of 450 km s$^{-1}$ over the extent of the emission, indicative of large scale rotation. On the basis of these obserserations various mechanisms for the origin and kinematics of the Ly$α$ halo are discussed.

研究の動機と目的

• 高赤方偏移電波銀河周囲の拡張したライマンアルファ放射の起源と運動学的性質を調査すること。
• ライマンアルファハローが電波源に関連しているのか、それとも別個の巨大ガス構造に起因しているのかを特定すること。
• ライマンアルファ放射の速度構造と空間的分布を分析し、回転や噴出流などの力学的過程を推定すること。
• 電波-AGNフィードバックが初期の大規模銀河における拡張ライマンアルファ放射を引き起こすか、あるいはその形を決定づける役割を果たしているかを評価すること。
• 赤方偏移 ≈3.6 のプロトクラスタ環境における銀河間空間の物理的状態と運動学的性質を理解すること。

提案手法

• ライマンアルファ放射の波長での狭帯域画像法により、ハローの空間的広がりと形状をマッピングすること。
• 線速度方向の速度構造と分散を測定するための高分解能分光法。
• ハロー全体にわたる速度勾配の分析により回転運動を推定し、20秒角（135 kpc）の範囲で 450 km s⁻¹ の速度勾配を用いる。
• ライマンアルファ発光成分と電波構造を比較し、空間的および運動学的相関関係を特定すること。
• FWHM（半最大全幅）値を用いて、異なる発光成分の速度分散を特徴付ける：コア部で 1550 km s⁻¹、ハロー部で 250 km s⁻¹、ジェット湾曲部で 1100 km s⁻¹ のブルー・シフト。
• 運動学的および形態的分析を通じて、AGNフィードバック、冷却流、重力不安定性などの複数の物理的メカニズムを評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 赤方偏移 z=3.57 の電波銀河 1243+036 の周囲に 135 kpc 延びる巨大ライマンアルファハローの起源は何か？
• RQ2 20秒角（135 kpc）の範囲で 450 km s⁻¹ の観測された速度勾配は、ライマンアルファ発光ガスにおける大規模な回転を示唆するか？
• RQ3 ライマンアルファ発光の運動学的成分（高分散、ブルー・シフト、低分散）は、電波構造およびAGN活動とどのように関連しているか？
• RQ4 AGNフィードバック、冷却流、重力不安定性などの物理的メカニズムのうち、観測された運動学的性質とハローの輝度を説明できるのはどれか？
• RQ5 ライマンアルファ発光は、初期宇宙におけるAGNからの光電離によって駆動されているのか、それとも他のエネルギー源によるものなのか、その寄与度はどの程度か？

主な発見

• ライマンアルファハローの輝度は約 10^44.5 erg s⁻¹ であり、高赤方偏移で観測された中で最も明るい拡張ライマンアルファ特徴の一つである。
• ハローは 20秒角（135 kpc）にわたり広がっており、中性水素の巨大で空間的に広がった貯留源であることを示している。
• 三つの明確な運動学的成分が特定された：電波ローブ内に位置する高速度成分（FWHM = 1550 km s⁻¹）、電波ジェットの湾曲部でのブルー・シフト成分（1100 km s⁻¹ のブルー・シフト）、および発光全体にわたる系速度勾配が 450 km s⁻¹ の低速度成分（FWHM = 250 km s⁻¹）。
• 135 kpc にわたる 450 km s⁻¹ の速度勾配は、ライマンアルファハローにおける大規模な回転と整合的であり、力学的に有意義なガス構造である可能性を示している。
• ブルー・シフト発光と電波ジェット湾曲部との空間的および運動学的相関は、因果関係がある可能性を示唆しており、衝撃励起やAGN駆動の噴出流によるものと考えられる。
• 回転する拡張ライマンアルファハローの存在は、初期宇宙に大規模で構造的なガス貯留源が存在していたことを示しており、z≈3.6 の時期に大規模銀河およびAGNの成長を供給していた可能性がある。