[論文レビュー] Extended Lyman-alpha emission from a high-z DLA at z=3.115

Nobunari Kashikawa, Toru Misawa+6 more|arXiv (Cornell University)|Nov 21, 2013

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 70被引用数 12

ひとこと要約

本研究では、スバル望遠鏡を用いた狭帯域画像法および分光法により、赤方偏移 z=3.115 の高赤方偏移ダムプド・ライマンアルファ吸収体（DLA）から、延長したライマンアルファ放射（L_Lyα = 1.07×10⁴² erg s⁻¹）を検出。このDLAはクェーサーから 28 h₇₀⁻¹ kpc 離れており、放射は空間的に非対称で赤方偏移している。これは、断片的で吹き出しのある周銀河系媒体を有するDLA宿主銀河からのものと解釈され、初期銀河における星形成（SFR ≈ 0.97 M⊙ yr⁻¹）および複雑な放射輸送の直接的証拠を示している。

ABSTRACT

We searched for star formation activity associated with high-z Damped Lyman-alpha systems (DLAs) with Subaru telescope. We used a set of narrow-band (NB) filters whose central wavelengths correspond to the redshifted Lyman-alpha emission lines of targeted DLA absorbers at 3

研究の動機と目的

• 高赤方偏移ダムプド・ライマンアルファ吸収体（DLA）と関連する星形成活動を検出すること。DLAは初期宇宙における中性水素の主要貯留源である。
• 高赤方偏移DLAの赤方偏移ライマンアルファ放射に合わせた狭帯域フィルターを用いることで、微弱なDLA宿主銀河の対応物を検出する課題を克服すること。
• 特に空間的非対称性と運動的性質を特徴とするDLAにおける延長ライマンアルファ放射の物理的起源を調査し、銀河形成およびフィードバック過程を制約すること。
• ライマンアルファの等価幅と放射輸送モデリングを通じて、DLA宿主銀河の星形成率（SFR）とハロー質量を決定すること。
• 多波長診断を用いて、DLAとリーマンブレイク銀河（LBGs）やライマンアルファエミッター（LAEs）などの他の高赤方偏移天体との関係を探索すること。

提案手法

• 3 < z < 4.5 の赤方偏移を持つターゲットDLAの赤方偏移ライマンアルファ線に合わせた、スバル望遠鏡のFOCAS装置を用いた深さのある狭帯域画像撮影を実施。
• クェーサー SDSS J031036.84+005521.7 から投影距離 3.80 アーキセコンド（≈28 h₇₀⁻¹ kpc）の位置に、NB過剰対象を特定。
• 赤方偏移とライマンアルファ線のプロファイルを確認するための追加分光観測を実施。DLA吸収（z_abs = 3.1150、log N(H i) = 20.05）と完全に一致する赤方偏移 z_em = 3.115 ± 0.003 を確認。
• 標準的な換算式を用いてライマンアルファの等価幅（L_Lyα = 1.07×10⁴² erg s⁻¹）を計算し、星形成率（SFR ≈ 0.97 M⊙ yr⁻¹）を推定。
• 空間的に非対称な表面輝度プロファイルを説明するため、断片的で吹き出しのある周銀河系媒体を有するDLA宿主銀河モデルを構築。これにより、クェーサー方向に片側に延長した放射が説明可能となる。
• 放射輸送シミュレーションとハロー質量スケーリング則（Faucher-Giguère et al. 2010）を用いて、宿主ハロー質量（約 2.2×10¹⁰ M⊙）を推定。これは冷却放射ではなく星形成に起因するライマンアルファ放射と整合的である。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 表面輝度が低く、影響パラメータが大きいにもかかわらず、赤方偏移 z ≈ 3.115 の高赤方偏移DLAから延長ライマンアルファ放射を検出できるか？
• RQ2 このDLA系で観測された空間的に延長され、非対称なライマンアルファ放射プロファイルの起源は何か？
• RQ3 DLA宿主銀河の星形成率（SFR）は何か？また、ハロー質量およびライマンアルファ等価幅の予想と比較するとどうなるか？
• RQ4 非対称な放射輸送と周銀河系媒体内での水素原子の断片的分布が、観測されたライマンアルファの形態にどのように影響を与えるか？
• RQ5 このDLAとリーマンブレイク銀河（LBGs）やライマンアルファエミッター（LAEs）などの他の高赤方偏移天体との物理的関係は何か？

主な発見

• クェーサーの視線から 28 h₇₀⁻¹ kpc の投影距離に、空間的に解像されたDLA宿主銀河を示す延長ライマンアルファ放射が検出された。
• ライマンアルファ放射線は非対称で赤方偏移しており、赤方偏移 z_em = 3.115 ± 0.003 であり、DLA吸収（z_abs = 3.1150）と完全に一致している。
• ライマンアルファの等価幅は L_Lyα = 1.07×10⁴² erg s⁻¹ と測定され、これに対応する星形成率は 0.97 M⊙ yr⁻¹ である。
• 観測されたライマンアルファ放射は空間的に延長されており、クェーサー方向に片側に強く発光しており、断片的で吹き出しのある周銀河系媒体を通る非対称な放射輸送を示唆している。
• DLA宿主銀河の推定ハロー質量は ~2.2×10¹⁰ M⊙ であり、冷却放射ではなく星形成に起因するライマンアルファ放射と整合的である。
• この形態は、古典的なかいだん風や冷却放射よりも、銀河の吹き出しと断片的水素雲分布を含むモデルによって最もよく説明できる。