[论文解读] A quasar hiding behind two dusty absorbers. Quantifying the selection bias of metal-rich, damped Lyman-alpha absorption systems

K. E. Heintz, J. P. U. Fynbo+7 more|arXiv (Cornell University)|Mar 26, 2018

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 154被引用 11

一句话总结

本研究发现一个红移 z=2.520 的类星体，被两个中间吸收体遮挡——一个红移 z=2.428 的尘埃弥漫的 DLA 和一个红移 z=1.603 的 Mg ii 吸收体——证明了在像 SDSS 这类光学巡天中，富含金属、含尘的阻尼莱曼α系统（DLA）系统性地被低估，原因在于尘埃消光。作者量化了选择偏差，表明多达 10% 的含尘 DLA 可能被遗漏，这对宇宙金属丰度和气体质量预算的低估具有影响。

ABSTRACT

The cosmic chemical enrichment as measured from damped Ly$α$ absorbers (DLAs) will be underestimated if dusty and metal-rich absorbers have evaded identification. Here we report the discovery and present the spectroscopic observations of a quasar, KV-RQ\,1500-0031, at $z=2.520$ reddened by a likely dusty DLA at $z=2.428$ and a strong MgII absorber at $z=1.603$. This quasar was identified as part of the KiDS-VIKING Red Quasar (KV-RQ) survey, specifically aimed at targeting dusty absorbers which may cause the background quasars to escape the optical selection of e.g. the SDSS quasar survey. For the DLA we find an HI column density of $\log N$(HI) = $21.2\pm 0.1$ and a metallicity of [X/H] = $-0.90\pm 0.20$ derived from an empirical relation based on the equivalent width of SiII$λ$1526. We observe a total visual extinction of $A_V=0.16$ mag induced by both absorbers. We compile a sample of 17 additional dusty ($A_V > 0.1$ mag) DLAs toward quasars (QSO-DLAs) from the literature for which we characterize the properties of HI column density, metallicity and dust. From this sample we also estimate a correction factor to the overall DLA metallicity budget. We demonstrate that the dusty QSO-DLAs have high metal column densities ($\log N$(HI) + [X/H]) and are more similar to gamma-ray burst (GRB)-selected DLAs (GRB-DLAs) than regular QSO-DLAs. We evaluate the effect of dust reddening in DLAs as well as illustrate how the induced color excess of the underlying quasars can be significant (up to $\sim 1$ mag in various optical bands), even for low to moderate extinction values ($A_V \lesssim 0.6$ mag). Finally we discuss the direct and indirect implications of a significant dust bias in both QSO- and GRB-DLA samples. [Abridged]

研究动机与目标

• 识别并表征一个被两个含尘吸收体遮挡的类星体，挑战光学类星体巡天的完整性。
• 量化富含金属、含尘的阻尼莱曼α吸收体（DLA）在如 SDSS 等光学选样中被低估的程度。
• 评估尘埃消光对类星体探测的影响，特别是在类星体选样函数和基于颜色的判据背景下。
• 通过估计含尘类星体-DLA 对总群体的贡献比例，校正全球 DLA 金属丰度预算。
• 将含尘类星体-DLA 与伽马射线暴-DLA 进行比较，评估类星体和伽马射线暴选样中 DLA 样本的残余偏差。

提出的方法

• 利用 KiDS 和 VIKING 的测光数据开展针对性调查（KV-RQ），以识别可能被中间吸收体遮挡的红色、含尘类星体。
• 通过大加那利望远镜（Gran Telescopio Canarias, GTC）进行后续光谱观测，确认吸收体和背景类星体的红移及物理性质。
• 利用 Si ii λ1526 的等效宽度和经验校准，测量 DLA 的 H i 柱密度（log N(H i) = 21.2 ± 0.1）和金属丰度（[X/H] = -0.90 ± 0.20）。
• 计算两个吸收体共同引起的总视觉消光（A_V = 0.16 mag），光学波段的颜色过量估计最高达 ~1 mag。
• 从文献中汇编了另外 17 个含尘类星体-DLA（A_V > 0.1 mag）样本，以评估 H i 柱密度、金属丰度和尘埃性质的统计趋势。
• 利用合并样本估算 DLA 金属丰度预算的校正因子，以补偿含尘、富含金属系统的代表性不足。

实验结果

研究问题

• RQ1 由于尘埃消光，富含金属、含尘的阻尼莱曼α吸收体（DLA）在像 SDSS 这类光学类星体巡天中被遗漏的程度有多大？
• RQ2 尘埃在类星体视线方向引起的颜色过量有多显著，它如何影响光学选择标准？
• RQ3 为校正含尘、富含金属 DLA 的代表性不足，需对全球 DLA 金属丰度预算施加多大的校正因子？
• RQ4 含尘类星体-DLA 在 H i 柱密度和金属丰度方面与伽马射线暴-DLA 的特性有何异同？
• RQ5 尘埃偏差对星系伴星的探测以及 DLA 主星系的光度函数有何影响？

主要发现

• 发现一个红移 z=2.520 的类星体，位于一个红移 z=2.428 的含尘 DLA 和一个红移 z=1.603 的 Mg ii 吸收体之后，证实此类系统可逃避光学探测。
• 该 DLA 的 log N(H i) = 21.2 ± 0.1 和 [X/H] = -0.90 ± 0.20，表明其为富含金属、高柱密度的系统。
• 两个吸收体共同引起的总视觉消光为 A_V = 0.16 mag，光学波段的颜色过量最高可达 ~1 mag。
• 由于尘埃消光，SDSS 类似选择标准可能遗漏约 10% 的类星体，且该数值可能因多重吸收体偏差而被低估。
• 含尘类星体-DLA 具有高金属柱密度（log N(H i) + [X/H]），与 GRB-DLA 更为相似，而非典型 QSO-DLA。
• 本研究表明，类星体和伽马射线暴选样的 DLA 样本均受尘埃偏差影响，从而影响对宇宙化学富集和气体质量密度的估计。