[论文解读] 3D Lya radiation transfer. II. Fitting the Lyman break galaxy MS 1512-cB58 and implications for Lya emission in high-z starbursts

D. Schaerer, Anne Verhamme|ArXiv.org|Jan 8, 2008

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 43被引用 47

一句话总结

本研究利用三维Ly𝛼辐射转移建模，表明高红移星暴星系MS 1512–cB58的弱吸收主导型Ly𝛼轮廓源于强烈的本征Ly𝛼发射（EW ≥ 60 Å）被尘埃和致密、外流的星际介质中的辐射转移效应所抑制。观测到的轮廓可通过向后速度偏移的壳层几何结构重现，表明大多数莱曼断裂星系具有本征强烈的Ly𝛼发射，而N_H和尘埃含量是导致观测到的Ly𝛼多样性的主要驱动因素。

ABSTRACT

Using our 3D Lya radiation transfer code, we compute the radiation transfer of Lya and UV continuum photons including dust. Observational constraints on the neutral gas (column density, kinematics, etc.) are taken from other analysis of this object. RESULTS: The observed Lya profile of MS 1512--cB58 is reproduced for the first time taking radiation transfer and all observational constraints into account. The observed absorption profile is found to result naturally from the observed amount of dust and the relatively high HI column density. Radiation transfer effects and suppresion by dust transform a strong intrinsic Lya emission with EW(Lya)>~ 60 Ang into the observed faint superposed Lya emission peak. We propose that the vast majority of LBGs have intrinsically EW(Lya)~60-80 Ang or larger, and that the main physical parameter responsible for the observed variety of Lya strengths and profiles in LBGs is N_H and the accompanying variation of the dust content. Observed EW(Lya) distributions, Lya luminosity functions, and related quantities must therefore be corrected for radiation transfer and dust effects. The implications from our scenario on the duty-cycle of Lya emitters are also discussed.

研究动机与目标

• 理解典型莱曼断裂星系MS 1512–cB58中Ly𝛼线轮廓和强度的起源。
• 调和由紫外谱拟合预期的强烈本征发射与观测到的弱Ly𝛼发射之间的矛盾。
• 识别导致高红移星暴中Ly𝛼强度和轮廓显著差异的主要物理参数。
• 检验辐射转移和尘埃效应是否足以解释莱曼断裂星系中明亮Ly𝛼发射体的缺失。

提出的方法

• 应用三维Ly𝛼辐射转移代码（Verhamme et al. 2006），模拟光子在多尘、动力学复杂的星际介质中的传播。
• 利用多波段数据对红移、外流速度（V_exp ≈ 250 km s⁻¹）、多普勒参数（b）、HI柱密度（N_H）和消光（E(B-V)）进行观测约束。
• 探索三种几何结构：球对称膨胀壳层、前导平板和向后速度偏移的壳层，以匹配观测轮廓。
• 将本征Ly𝛼线宽处理为由H𝛼的FWHM推导得出，并将本征等效宽度（EW）和后向壳层速度（V_back）作为自由参数进行变化。
• 利用高分辨率紫外光谱和多波段数据（包括光球、星际和发射线红移）对模型进行约束。
• 执行包含尘埃吸收和散射的辐射转移计算，以模拟观测到的Ly𝛼轮廓和强度。

实验结果

研究问题

• RQ1 为何MS 1512–cB58表现出强烈的Ly𝛼吸收轮廓，仅叠加一个微弱的发射峰，尽管其本征紫外发射强烈？
• RQ2 星际介质中（尤其是N_H和尘埃含量）的何种物理条件可解释该星系及其他LBGs中观测到的Ly𝛼轮廓和强度？
• RQ3 仅靠辐射转移和尘埃效应是否足以解释高红移星暴中观测到的Ly𝛼等效宽度和轮廓的多样性？
• RQ4 cB58中Ly𝛼发射的观测微弱是源于本征特性还是观测偏倚？其与星系恒星形成历史有何关联？

主要发现

• 首次成功使用三维辐射转移模型重现了MS 1512–cB58的观测Ly𝛼轮廓，其中向后速度偏移的壳层几何结构提供了最佳拟合。
• cB58的本征Ly𝛼发射具有至少60 Å的等效宽度，表明其为强烈发射，但被尘埃和辐射转移效应所抑制。
• 高HI柱密度（N_H）与尘埃消光（E(B-V)）的结合可自然产生观测到的吸收主导型轮廓和微弱的发射峰。
• 模型表明，辐射转移和尘埃效应足以解释观测到的Ly𝛼特性，而无需引入短暂的占空比或极端的恒星形成历史。
• 本研究表明，大多数LBGs具有本征强烈的Lyα发射（EW ≈ 60–80 Å或更高），而观测到的差异主要由N_H和尘埃含量驱动。
• 必须对观测到的Ly𝛼光度函数和等效宽度分布进行辐射转移和尘埃效应校正，以避免在高红移星系研究中产生系统性偏差。