[论文解读] C IV absorption in damped and sub-damped Lyman-alpha systems: correlations with metallicity and implications for galactic winds at z~2-3

Andrew J. Fox, C. Ledoux+2 more|ArXiv.org|Jul 27, 2007

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 125被引用 52

一句话总结

本研究利用高分辨率VLT/UVES光谱对红移z~2–3的74个氘化和亚氘化莱曼-α系统中的C IV吸收进行分析，发现金属丰度与C IV运动学特性之间存在强烈相关性。约40%的系统中存在未束缚的高速C IV外流，其动能通量需约2 M⊙ yr⁻¹的恒星形成速率才能驱动，为高红移星系中由超新星驱动的星系风提供了直接证据。

ABSTRACT

We present a study of C IV absorption in a sample of 63 damped Lyman-alpha (DLA) systems and 11 sub-DLAs in the redshift range 1.75

研究动机与目标

• 研究z~2–3的氘化和亚氘化莱曼-α系统中高度电离气体（C IV）的起源。
• 确定C IV吸收是否在高红移星系中追踪由超新星反馈驱动的星系风。
• 量化金属丰度、C IV运动学特性与中性气体中离子化气体外流之间的关联。
• 评估电离晕在高红移宇宙金属预算闭合中的作用。
• 将DLA中的C IV特性与莱曼断裂星系中的特性进行比较，以检验外流假说。

提出的方法

• 利用74条类星体视线的高分辨率（6.6 km s⁻¹ FWHM）和高信噪比VLT/UVES光谱，分析氘化和亚氘化莱曼-α系统中的C IV吸收。
• 测量C IV柱密度、线宽（Δv）、速度偏移（|v̄|）以及相对于中性气体（H I）轮廓的最大速度（v_max）。
• 通过中性气体轮廓的总线宽计算逃逸速度（v_esc），以识别未束缚的C IV组分。
• 将C IV运动学特性与利用多种金属线（如Zn II、Si II）测得的中性相金属丰度进行相关性分析。
• 通过排除近邻DLA、饱和吸收体以及更换金属丰度指标，评估相关性结果的稳健性。
• 假设特征半径为40 kpc，估算未束缚C IV外流的质量流率和动能注入通量。

实验结果

研究问题

• RQ1 在氘化和亚氘化莱曼-α系统中，金属丰度与C IV运动学特性（柱密度、线宽、最大速度）之间是否存在相关性？
• RQ2 DLA和sub-DLA中的高速C IV组分是否超过宿主星系的逃逸速度，表明存在未束缚的外流？
• RQ3 观测到的C IV外流能否由恒星形成驱动，维持这些外流所需的恒星形成速率是多少？
• RQ4 DLA中的电离气体特性是否与莱曼断裂星系中的观测结果一致，支持其起源于超新星驱动的反馈？
• RQ5 DLA与sub-DLA的C IV吸收特性有何差异，这对其电离状态和风动力学有何启示？

主要发现

• 在25个DLA和4个sub-DLA（占样本的40%）中，C IV吸收超过由中性气体轮廓推导出的逃逸速度，表明存在未束缚的外流物质。
• 最大C IV速度（v_max）与金属丰度在2.9σ显著性水平下呈正相关，表明高金属丰度系统中存在更快的电离外流。
• 未束缚C IV吸收体的中值质量流率为~22 M⊙ yr⁻¹（在r = 40 kpc处），动能注入速率为~4×10⁴¹ erg s⁻¹，需约2 M⊙ yr⁻¹的恒星形成速率来驱动。
• DLA和sub-DLA中C IV柱密度的分布与莱曼断裂星系中的观测结果高度一致，支持其起源于超新星驱动的外流。
• 在DLA与sub-DLA之间未发现C IV特性存在显著差异，表明在不同H I柱密度范围内，电离气体运动学和风动力学特性相似。
• C IV与中性气体之间的平均速度偏移为69 km s⁻¹，表明存在净外流或内流，其中8个系统的v_max > 500 km s⁻¹，与高能外流一致。