[论文解读] A uniform analysis of the Lyman alpha forest at z = 0-5: III. HST FOS Spectral Atlas

Jill Bechtold, A. Dobrzycki+6 more|Nov 27, 2001

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena被引用 41

一句话总结

本文对哈勃空间望远镜Faint Object Spectrograph（FOS）在红移z = 0–5范围内观测的271个类星体的莱曼-α森林吸收线进行了统一分析。通过使用一致的定标与数据处理技术重新处理所有可用的FOS光谱，作者提供了一份全面的、可电子访问的光谱图集，包含谱线列表与识别结果，显著扩大了先前研究的样本规模，使对电离际介质及紫外背景辐射演化的大规模统计分析成为可能。

ABSTRACT

We analyzed the absorption line spectra of all quasars observed with the high resolution gratings of the Faint Object Spectrograph on board the Hubble Space Telescope. We examined 788 spectra for 334 quasars, and present line lists and identifications of absorption lines in the spectra of 271 of them. Analysis of the statistics of the Ly-alpha and metal absorption systems are presented in companion papers (Dobrzycki et al. 2001; Scott et al. 2001; Morita et al. 2001). The data and several analysis products are available electronically and on the authors' web site.

研究动机与目标

• 创建基于哈勃空间望远镜FOS数据、覆盖宽红移范围（z = 0–5）的统一、高分辨率类星体吸收线光谱图集。
• 扩大可用于莱曼-α森林与电离际介质统计研究的独立视线数量。
• 利用一致、定标准确的数据集，实现对近场效应及宇宙紫外背景辐射演化的大型统计分析。
• 为更广泛的天体物理学界提供公开可访问的、电子化的原始数据、谱线列表及检测阈值资源。
• 使用更新的定标方法重新处理并重新定标档案中的FOS数据，包括COSTAR前后时期的观测，以改进通量与杂散光校正。

提出的方法

• 从STScI档案库及原始关键项目数据中检索所有可用的HST/FOS类星体光谱，使用G130H、G190H和G270H光栅。
• 使用STSDAS工具（addnewkeys、calfos）重新处理COSTAR之前的观测原始数据，并重新定标COSTAR之后的观测数据，以改进通量与杂散光校正。
• 对相同目标、相同设置的多次曝光使用时间加权平均法进行合并，优先选择信噪比更高、光谱分辨率更优的数据。
• 在所有光谱中采用一致的数据还原与连续谱拟合方法，排除宽吸收线类星体及偏振光谱观测。
• 使用IRAF的deredden任务，基于H I柱密度估计值对银河系尘埃消光进行校正。
• 生成电子谱线列表，包含莱曼-α与金属吸收线的识别结果，以及每条光谱在不同波长处的检测阈值。

实验结果

研究问题

• RQ1 基于统一分析、大规模样本数据，莱曼-α森林系统在红移z = 0至5范围内的统计分布如何？
• RQ2 莱曼-α森林中的近场效应在多大程度上约束了低红移宇宙紫外背景辐射的演化？
• RQ3 在观测的红移范围内，金属吸收线（如C IV、Si IV）在电离际介质中的发生率与分布特征如何？
• RQ4 在大而一致的类星体样本中，关联吸收体与氘化莱曼-α系统（damped Lyman-alpha systems）的性质有何异同？
• RQ5 当档案中的HST/FOS数据经过统一重新处理后，其在多大程度上可作为高分辨率阶梯光栅研究的统计稳健补充？

主要发现

• 本研究对271个类星体进行了统一分析，样本规模显著超过此前66个类星体的关键项目样本，为莱曼-α森林的稳健统计分析提供了可能。
• 共分析了334个类星体的788条光谱，为271个天体提供了谱线列表与识别结果，包含详细的金属线识别及检测阈值。
• 数据集整合了COSTAR前后HST FOS观测的重新处理与重新定标光谱，提升了通量定标与杂散光校正的一致性。
• 作者在多个类星体中确认了已知的金属吸收系统，例如q2251+1552在z = 0.1538、0.3906和0.8137处的吸收，且修正了先前报告中存在争议的红移值（例如q2201+3131中z = 0.282的吸收未被证实）。
• 数据与分析成果（包括简化光谱、谱线列表及检测阈值）已通过亚利桑那大学与哈佛-史密松天体物理中心的作者网站向公众开放。
• 该数据集为未来研究近场效应、银河系星际介质吸收及关联吸收体提供了支持，得益于大量独立视线，统计功效显著提升。