[论文解读] Multiply-imaged submm galaxy in a z~2.5 group

Jean‐Paul Kneib, P. van der Werf+6 more|arXiv (Cornell University)|Mar 8, 2004

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena被引用 54

一句话总结

本文报告了在红移 z ≈ 2.5 的巨大星系团 A2218 引力透镜效应下，发现一个多重成像、亚毫米波波段选择的超亮红外星系（ULIRG）SMM J16359+6612。引力透镜放大倍数约为 45×，使得通过透镜建模和光谱确认，能够精确测量其红移（z = 2.516），揭示其具有极端尘埃消光，且具有约 500 M⊙ yr⁻¹ 的高固有恒星形成率，特征为子毫imeter外星背景辐射的主要贡献群体。

ABSTRACT

We present observations of a remarkable submillimetre-selected galaxy, SMMJ16359+6612. This distant galaxy lies behind the core of a massive cluster of galaxies, A2218, and is gravitationally lensed by the foreground cluster into three discrete images which were identified in deep submillimetre maps of the cluster core at both 450 and 850micron. Subsequent follow-up using deep optical and NIR images identify a faint counterpart to each of the 3 images, with similar red optical--NIR colours and HST morphologies. By exploiting a detailed mass model for the cluster lens we estimate that the combined images of this galaxy are magnified by a factor of ~45, implying that this galaxy would have un-lensed magnitudes K_s=22.9 and I=26.1, and an un-lensed 850micron flux density of only 0.8mJy. Moreover, the highly constrained lens model predicted the redshift of SMMJ16359+6612 to be z=2.6+/-0.4. We confirm this estimate using deep optical and NIR Keck spectroscopy, measuring a redshift of z=2.516. SMMJ16359+6612 is the faintest submm-selected galaxy so far identified with a precise redshift. Thanks to the large gravitational magnification of this source, we identify 3 sub-components in this submm galaxy, which are also seen in the NIRSPEC data, arguing for either a strong dust (lane) absorption or a merger. Interestingly, there are 2 other highly-amplified galaxies at almost identical redshifts in this field (although neither is a strong submm emitter). The 3 galaxies lie within a ~100kpc region on the background sky, suggesting this submm galaxy is located in a dense high-redshift group.

研究动机与目标

• 识别并表征一个在空白场巡天中低于混淆极限的微弱亚毫米波星系。
• 在不依赖明亮光学/红外对应体的条件下，测量一个亚毫米波星系的红移。
• 利用强引力透镜效应研究一个亚 mJy 亚毫米波星系的固有性质。
• 研究致密环境在高红移触发尘埃遮蔽星暴中的作用。
• 确定代表性成员星系的恒星形成率和尘埃含量，该成员属于主导的亚毫米波背景辐射群体。

提出的方法

• 利用 JCMT 上的 SCUBA 在 450 和 850 μm 波段进行深度亚毫米波成像，探测 A2218 星系团背后的多重成像源。
• 结合 HST、WHT 和 Keck 的深度光学与近红外成像，识别三个亚毫米波像的微弱对应体。
• 应用高度约束的 A2218 引力透镜模型，估算放大倍数并预测源的红移。
• 进行 Keck 光谱观测（NIRSPEC），确认红移并分析发射线，特别是 Hα 和 Lyα。
• 利用红移 ≈ 0.7 处中红外明亮星系的尘埃消光估计值和孔径损失修正，校正恒星形成率。
• 使用光线追踪技术，基于像的几何结构和透镜质量模型，三角测量源的三维位置。

实验结果

研究问题

• RQ1 一个被星系团引力透镜成像的微弱亚毫米波星系，其固有红移和物理性质是什么？该星系在空白场巡天中不可见。
• RQ2 在缺乏明亮光学对应体的条件下，能否通过引力透镜几何结构准确测定亚毫米波星系的红移？
• RQ3 一个代表主导背景辐射群体的亚 mJy 亚毫米波星系的固有恒星形成率和尘埃含量是什么？
• RQ4 该星系中观测到的恒星形成是否与并合或尘埃遮蔽爆发一致？与更明亮的亚毫米波星系相比如何？
• RQ5 在相同红移处发现多个高度放大的星系，这表明大尺度环境和触发机制有何特征？

主要发现

• 亚毫米波星系 SMM J16359+6612 被引力透镜分裂为三个独立像，总放大倍数约为 45×，使得对微弱源的信噪比分析成为可能。
• 透镜模型预测其红移为 z = 2.6 ± 0.4，经 Keck NIRSPEC 光谱观测确认为 z = 2.516。
• 未放大的 850 μm 通量密度仅为 0.8 mJy，低于空白场巡天的典型混淆极限，但却是强烈的远红外发射体。
• 根据远红外光度估算，其固有恒星形成率约为 500 M⊙ yr⁻¹，远高于紫外波段估算值（6 M⊙ yr⁻¹），这是由于极端尘埃消光所致。
• 校正消光（A_Hα ≈ 2.1）和孔径损失后，Hα 发射线对应的恒星形成率约为 110 M⊙ yr⁻¹，仍远低于 FIR 估算值，证实大部分恒星形成被尘埃包裹。
• 该系统位于一个致密的高红移星系群中，因为在 ~100 kpc 范围内发现了三个红移 ≈ 2.5 的高度放大星系，表明环境可能是触发尘埃遮蔽星暴的原因。