[論文レビュー] Trident: A three-pronged galaxy survey. I. Lyman alpha emitting galaxies at z~2 in GOODS North

Andreas Sandberg, L. Guaita+3 more|arXiv (Cornell University)|Jan 24, 2015

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 104被引用数 3

ひとこと要約

本研究では、北赤道付近の GOODS領域において、北欧望遠鏡のカスタムフィルターを用いて、z~2におけるリプマンアルファ発光銀河（LAE）の狭帯域調査を実施した。光学的から近赤外域のスペクトルエネルギー分布（SED）フィッティングと遠赤外線光度測定を組み合わせた結果、これらの輝度を持つLAEは、必ずしも若年で低質量の銀河であるとは限らず、低ダスト含量を必要としないことが判明した。これは、リプマンアルファ線の脱出が、清浄でダストのない環境を必要とするという仮定に反するものである。

ABSTRACT

Context. Lyman alpha emitting galaxies (LAEs) are used to probe the distant universe and are therefore important for galaxy evolution studies and for providing clues to the nature of the epoch of reionization, but the exact circumstances under which Lyman alpha escapes a galaxy are still not fully understood. Aims. The Trident project is designed to simultaneously examine Lyman alpha, H-alpha and Lyman Continuum emission from galaxies at redshift z~2, thus linking together these three aspects of ionising radiation in galaxies. In this paper, we outline the strategy of this project and examine the properties of LAEs in the GOODS North field. Methods. We performed a narrowband LAE survey in GOODS North using existing and two custom made filters at the Nordic Optical Telescope with MOSCA. We use complementary broad band archival data in the field to make a careful candidate selection and perform optical to near-IR SED fitting. We also estimate far-infrared luminosities by matching our candidates to detections in Spitzer/MIPS 24μm and Herschel/PACS catalogs. Results. We find a total of 25 LAE candidates, probing mainly the bright end of the LAE luminosity function with L_Ly α ~ 1-15e42 erg/s. They display a range of masses of ~0.5-50e9 M_solar, and average ages from a few tens of Myr to 1 Gyr when assuming a constant star formation history. The majority of our candidates also show signs of recent elevated star formation. Three candidates have counterparts in the GOODS-Herschel far-IR catalogue, with luminosities consistent with ultra-luminous infrared galaxies (ULIRGs). Conclusions. The wide range of parameters derived from our SED fitting, as well as part of our sample being detected as ULIRGs, seems to indicate that at these Lyman alpha luminosities, LAEs do not necessarily have to be young dwarfs, and that a lack of dust is not required for Lyman alpha to escape.

研究の動機と目的

• z~2におけるリプマンアルファ（Lyα）放射が銀河から脱出可能な物理的条件、特にダストと銀河内物質（ISM）の運動学的要因の役割を調査すること。
• 多波長調査を用いて、高赤方偏移銀河におけるLyα、Hα、およびリプマン連続体（LyC）放射を同時に探査すること。
• z~2におけるLyα発光銀河が、主に若年で低質量・低ダストのシステムであるのか、それとも他の物理的条件がLyαの脱出を可能にするのかを特定すること。
• Lyα輝度、星形成歴、および遠赤外線放射との関係、特にULIRGに類似したシステムとの関連を評価すること。

提案手法

• Nordic Optical TelescopeのMOSCA装置を用いて、2つのカスタムフィルターと1つの既存の狭帯域フィルターを用いて、GOODS北領域における狭帯域LAE調査を実施した。
• HST、CFHT、VISTAなどの幅広帯域アーカイブデータ（光学的から近赤外域）を用いたSEDフィッティングにより、星形成質量、年齢、星形成率を推定した。
• Spitzer/MIPS 24 μmおよびHerschel/PACSの遠赤外線カタログと照合することで、遠赤外線輝度を推定し、ULIRGに類似したシステムを同定した。
• 一定星形成歴モデルを用いて、星形成パラメータ（年齢、質量など）を導出し、若年星形成パラメータの割合を評価した。
• 観測光度とSEDモデルとの適合度を評価するために、カイ二乗最小化法を適用した。
• 画像の形状とSEDから導かれた特性（例：N/B/Iによる形状分類、f_youngによる若年質量分率）に基づいて候補を分類した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 GOODS北領域におけるz~2のリプマンアルファ発光銀河の星形成質量と年齢の分布はどのようなものか？
• RQ2 z~2のリプマンアルファ発光銀河は、どれほど高いまたは最近の星形成活動を示しているのか？
• RQ3 これらのLAEに遠赤外線対応物が存在するか？ また、それらはULIRGに類似した性質や高いダスト含有量を示唆するか？
• RQ4 顕著なダスト含有量や古い星形成パラメータを持つ銀河からもリプマンアルファ線が脱出可能か？ これは、リプマンアルファ線の脱出が低ダスト・若年星形成を前提としてきた従来の見解に反するものか？
• RQ5 高赤方偏移銀河におけるリプマンアルファ輝度、Hα放射、およびリプマン連続体（LyC）の脱出との関係は何か？

主な発見

• 調査では、GOODS北領域に25個のリプマンアルファ発光銀河（LAE）候補が特定された。Lyα輝度は1～15 × 10^42 erg s⁻¹の範囲に分布した。
• LAE候補の星形成質量は、0.5 × 10^9 M☉から50 × 10^9 M☉まで広範囲にわたり、多様な主銀河の性質を示した。
• 一定星形成歴モデル下での平均年齢は数10 Myrから1 Gyrまで変動し、そのうちの大部分が最近のまたは増強された星形成活動を示した。
• 3つのLAE候補がGOODS-Herschelカタログにおいて遠赤外線対応物を有しており、その輝度は超高輝度赤外銀河（ULIRG）に類似していた。これは高いダスト含有量を示唆した。
• 一部のLAEにULIRGに類似た遠赤外線輝度が存在するという事実は、ダストの多い環境でもリプマンアルファ線が脱出可能である可能性を示しており、長年にわたり支持されてきた「リプマンアルファ線の脱出には低ダスト環境が必要」という仮定に疑問を呈するものである。
• 質量、年齢、星形成歴といった、広範な物理的パラメータの変動は、これらの輝度を持つLAEが、必ずしも若年・低質量のシステムに限らないことを示しており、リプマンアルファ線の脱出には複数の経路が存在する可能性を示唆している。