[论文解读] A search for clusters at high redshift - III. Candidate H-alpha emitters and EROs in the PKS 1138-262 proto-cluster at z=2.16

J. D. Kurk, L. Pentericci+2 more|ArXiv.org|Oct 7, 2004

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena被引用 61

一句话总结

本研究利用甚大望远镜（VLT）的深度成像，在红移 z=2.16 处的射电星系 PKS 1138−262 周围识别出一个高红移原星系团，检测到40个 Hα 发射体和44个极为红的天体（EROs），其空间密度在射电星系附近显著增强。这些天体群体的空间聚集性和红移一致性证实该系统为一个致密且正在演化的星系团前身，其束缚质量约为 10¹⁵ M☉。

ABSTRACT

In this paper we present deep VLT multi wavelength imaging observations of the field around the radio galaxy PKS 1138-262 aimed at detecting and studying a (potential) proto-cluster centered at this radio source. PKS 1138-262 is a massive galaxy at z=2.16, located in a dense environment as indicated by optical, X-ray and radio observations. We had already found an over-density of Ly-alpha emitting galaxies in this field, consistent with a proto-cluster structure associated with the radio galaxy. In addition, we find 40 candidate H-alpha emitters that have nominal rest frame equivalent width > 25 Angstrom within 1.8 Mpc and 2000 km/s of the radio galaxy. Furthermore, we find 44 objects with I - K > 4.3. This number of extremely red objects (EROs) is about twice the number found in blank field ERO surveys, suggesting that some EROs in this field are part of the proto-cluster. The density of H-alpha emitters and extremely red objects increases towards the radio galaxy, indicating a physical association. From comparisons with other K band, ERO, H-alpha and Ly-alpha surveys, we conclude that PKS 1138-262 is located in a density peak which will evolve into a cluster of galaxies.

研究动机与目标

• 利用多波段成像研究射电星系 PKS 1138−262 在 z=2.16 周围是否存在高红移原星系团。
• 在该场中识别并表征候选 Hα 发射体和极为红的天体（EROs），以探测致密早期环境中的星系群体。
• 确定 Hα 发射体和 EROs 的过量密度是否与射电星系物理关联，且指示一个正在形成的星系团。
• 通过比较 Hα 发射体与 Lyα 发射体的空间分布和物理特性，推断其演化阶段和环境影响。

提出的方法

• 利用甚大望远镜（VLT）进行深度近红外 Ks 波段和光学波段成像，以探测 PKS 1138−262 场中的星系。
• 基于 Hα 线的静止 frame 等效宽度 >25 Å，结合 i′- 和 r′- 波段成像与颜色选择，筛选候选 Hα 发射体。
• 通过 I−K > 4.3 的颜色选择识别极为红的天体（EROs），该参数作为高红移星系中演化恒星种群或尘埃消光的代理。
• 开展空间聚集性分析，评估 Hα 发射体和 EROs 相对于射电星系及空白场调查的过量密度。
• 构建颜色-星等图（J−K 与 K 的关系），将观测到的星系群体与 z=2.2 处被动椭圆星系的模型进行比较。
• 将 Lyα 发射体候选者与红外数据交叉匹配，比较其空间分布及 Lyα/Hα 通量比与 Hα 发射体的差异。

实验结果

研究问题

• RQ1 在 PKS 1138−262 场中是否存在与 z=2.16 原星系团一致的 Hα 发射体和 EROs 显著过量？
• RQ2 Hα 发射体和 EROs 是否与射电星系物理关联，还是仅为偶然投影？
• RQ3 在该高红移环境中，Hα 发射体与 Lyα 发射体的空间分布和物理特性如何比较？
• RQ4 围绕 PKS 1138−262 的原星系团结构的推断质量与演化潜力为何？
• RQ5 所观测到的 EROs 和 Hα 发射体是否代表高红移处的被动椭圆星系，还是尘埃遮蔽的星暴星系？

主要发现

• 在射电星系周围 1.8 Mpc 和 2000 km s⁻¹ 范围内，共检测到 40 个静止 frame 等效宽度 >25 Å 的候选 Hα 发射体，表明该区域为高密度环境。
• 识别出 44 个 I−K > 4.3 的 EROs，其表面密度约为空白场调查的两倍，表明其与原星系团存在物理过量关联。
• Hα 发射体和 EROs 的空间密度均向射电星系方向增加，证实其与原星系团结构的物理关联性。
• Hα 发射体的 Lyα/Hα 通量比（≤1.1）低于典型 Lyα 发射体，表明存在显著的尘埃消光或中性氢吸收。
• 有两个 Hα 发射体也被归类为 EROs，表明其可能为红移 z≈2.2 的尘埃遮蔽星暴星系，与致密环境中高红移恒星形成一致。
• Hα 发射体在空间上更集中，且可能比 Lyα 发射体更早演化，表明其正逐渐落入原星系团的引力势阱中。