[论文解读] Lyα Emitters at Redshift z = 5.7

James E. Rhoads, Sangeeta Malhotra|arXiv (Cornell University)|Nov 26, 2001

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 19被引用 104

一句话总结

本研究基于大范围莱曼阿尔法巡天（Large Area Lyman Alpha Survey）的测光选源，获得了红移 z ≈ 5.7 处的莱曼阿尔法发射体样本，表明其存在意味着再电离红移 zr > 5.7。这些低光度发射体的观测数密度略高于无演化预期，但远低于理论模型预测值，其较大的等效宽度表明这些星系为年轻、尘埃贫乏的星系，正处于首次恒星形成阶段。

ABSTRACT

Lyα galaxies at high redshifts offer a powerful probe of both the formation of galaxies and the reionization of the intergalactic medium. Lyα line emission is an efficient tool for identifying young galaxies at high redshift because it is strong in systems with young stars and little or no dust—properties expected in galaxies undergoing their first burst of star formation. Lyα galaxies also provide a robust test of the reionization epoch that is independent of Gunn-Peterson trough observations in quasar spectra and is better able to distinguish line-center optical depths τ ~ 5 from τ ~ 105. This is because neutral gas scatters Lyα photons, dramatically blurring images of Lyα galaxies embedded in a neutral intergalactic medium and rendering them undetectable. We present a photometrically selected sample of redshift z ≈ 5.7 Lyα emitters derived from the Large Area Lyman Alpha survey. The presence of these low-luminosity Lyα sources immediately implies that the reionization redshift zr > 5.7. Comparing these objects with our earlier z ≈ 4.5 sample, we find that the number of z ≈ 5.7 emitters at fixed line luminosity marginally exceeds the no-evolution expectation but falls well short of published model predictions. The equivalent width distribution is similar at the two redshifts. The large equivalent widths of the Lyα line indicate young galaxies undergoing their first star formation.

研究动机与目标

• 识别并表征 z ≈ 5.7 处的莱曼阿尔法发射体，以探究再电离时期。
• 检验莱曼阿尔法发射体的数密度是否从 z ≈ 4.5 演化至 z ≈ 5.7，评估星系形成模型。
• 确定观测到的莱曼阿尔法线等效宽度对高红移星系年龄和尘埃含量的含义。
• 提供一种独立的电离介质状态探测手段，与冈恩-彼得森吸收深谷分析互补。

提出的方法

• 利用大范围莱曼阿尔法巡天的深空测光数据，对莱曼阿尔法发射体进行测光选源。
• 通过基于莱曼阿尔法线消失和宽带颜色选择的测光红移技术确定红移。
• 将 z ≈ 5.7 处莱曼阿尔法发射体的观测数密度与无演化模型预期及理论预测进行比较。
• 分析等效宽度分布，以推断高红移星系中的恒星形成历史和尘埃含量。
• 利用中性氢对光子的散射效应，建模中性IGM中莱曼阿尔法源的图像模糊化及可探测性。

实验结果

研究问题

• RQ1 z ≈ 5.7 处莱曼阿尔法发射体的数密度是多少？其与 z ≈ 4.5 处的预期值相比如何？
• RQ2 z ≈ 5.7 处观测到的莱曼阿尔法发射体群体是否支持或与当前的星系形成与再电离模型相矛盾？
• RQ3 z ≈ 5.7 和 z ≈ 4.5 处莱曼阿尔法发射体的等效宽度分布揭示了其恒星形成历史与尘埃含量的哪些信息？
• RQ4 z ≈ 5.7 处的莱曼阿尔法发射体在多大程度上约束了再电离红移 zr？
• RQ5 中性氢对莱曼阿尔法光子的散射在部分中性IGM中在多大程度上影响了这些源的可探测性？

主要发现

• z ≈ 5.7 处低光度莱曼阿尔法发射体的存在意味着再电离红移 zr > 5.7。
• z ≈ 5.7 处莱曼阿尔法发射体的数密度略高于无演化预期，表明从 z ≈ 4.5 到 z ≈ 5.7 期间其数密度无明显演化或演化微弱。
• 观测到的数密度显著低于同一红移范围内已发表的理论模型预测值。
• z ≈ 5.7 处莱曼阿尔法发射体的等效宽度分布与 z ≈ 4.5 处相似，表明发射星系中物理条件一致。
• 莱曼阿尔法线中较大的等效宽度表明，所观测星系为年轻星系，正处于首次恒星爆发形成阶段，且尘埃吸收极低。