[论文解读] A vestige low metallicity gas shell surrounding the radio galaxy 0943-242 at z=2.92

L. Binette, J. Kurk+2 more|arXiv (Cornell University)|Feb 9, 2000

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 1被引用 4

一句话总结

该论文提出，红移 z=2.92 的射电星系 0943–242 周围高度电离、低金属量的气体壳层在吸收中表现为遗迹外晕相，而非与内层发射线区共位置。论文认为，该吸收气体金属量 Z ≈ 0.01 Z☉，位于射电喷流包层之外，低密度环境使星系际电离辐射能够维持电离状态，从而解释了强 C iv 吸收与 Lyα 发射共存的现象，而无需依赖高压、高金属量条件。这支持该气体为早期星系形成的残余物，早于活动星系核（AGN）阶段。

ABSTRACT

Observations are presented showing the doublet CIV 1550 absorption lines superimposed on the CIV emission in the radio galaxy 0943-242. Within the errors, the redshift of the absorption system that has a column density of N_CIV = 10^{14.5 +- 0.1} cm-2 coincides with that of the deep Ly-alpha absorption trough observed by Rottgering et al. (1995). The gas seen in absorption has a resolved spatial extent of at least 13 kpc (the size of the extended emission line region). We first model the absorption and emission gas as co-spatial components with the same metallicity and degree of excitation. Using the information provided by the emission and absorption line ratios of CIV and Ly-alpha, we find that the observed quantities are incompatible with photoionization or collisional ionization of cloudlets with uniform properties. We therefore reject the possibility that the absorption and emission phases are co-spatial and favour the explanation that the absorption gas has low metallicity and is located further away from the host galaxy (than the emission line gas). The estimated low metallicity for the absorption gas in 0943-242 (Z \~ 1% solar) and its proposed location -outer halo outside the radio cocoon- suggest that its existence preceeds the observed AGN phase and is a vestige of the initial starburst at the onset of formation of the parent galaxy.

研究动机与目标

• 解决 0943–242 中高度电离 C iv 吸收与发射线气体预期的高金属量、高压条件之间的物理解释矛盾。
• 在电离状态不同的前提下，确定吸收与发射气体相是否共位置或空间分离。
• 评估外晕气体的金属量与电离条件，特别是与活动星系核（AGN）活动启动的关系。
• 检验光致电离与碰撞电离模型对观测到的 C iv 与 Lyα 线比值的适用性。
• 探讨吸收气体作为大质量星系形成初始星暴阶段残余物的演化意义。

提出的方法

• 获取了 0943–242 中 C iv λλ1548,1551 双线的高分辨率光谱，确认其红移与深 Lyα 吸收谷完全一致。
• 采用 Voigt 分布拟合方法测定 C iv 吸收的柱密度：N_CIV = 10^{14.5±0.1} cm⁻²。
• 构建了一 zone 光致电离模型，检验共位置的发射与吸收气体在均匀性质下是否能重现观测到的线比。
• 改进模型，采用分层光致电离板片模型，以考虑电离与密度在径向上的变化。
• 评估吸收气体的覆盖因子与体积填充因子，表明低密度单壳层模型（f_V ≈ 1）可实现覆盖因子为 1。
• 通过比较观测到的 C iv/Lyα 线比与光致电离和碰撞电离模型的预测，评估电离平衡，排除共位置模型的合理性。

实验结果

研究问题

• RQ1 在光致电离或碰撞电离条件下，共位置且均匀电离的气体模型能否重现观测到的 C iv 与 Lyα 线比？
• RQ2 吸收气体的隐含金属量是多少？与 0943–242 中发射线气体相比如何？
• RQ3 尽管密度较低，为何吸收气体高度电离？何种电离源维持了这种电离状态？
• RQ4 吸收气体的空间分布是否与单个低密度壳层一致，而非致密、成团的介质？
• RQ5 吸收气体的低金属量特性是否表明其早于活动星系核（AGN）阶段形成，起源于早期星暴？

主要发现

• 0943–242 中的 C iv 吸收红移至 z ≈ 2.92，与深 Lyα 吸收谷完全一致，确认吸收气体具有相同的红移。
• 在假设共位置的发射与吸收气体前提下，任何一 zone 光致电离或碰撞电离模型均无法重现观测到的 C iv/Lyα 线比。
• 吸收气体最合理的解释是：低金属量（Z ≈ 0.01 Z☉）的壳层，处于低密度（∼10⁻².⁵ cm⁻³）状态，位于射电喷流包层之外的外晕区域。
• 低密度外晕区域可被星系际电离背景有效电离，无需活动星系核（AGN）直接电离。
• 通过单个或少数低密度壳层即可实现覆盖因子为 1，避免了共位置模型中所需约 10¹⁰ 个致密凝聚体的假设。
• 气体的低金属量与外晕起源表明其形成早于当前活动星系核（AGN）阶段，是宿主星系形成初期星暴阶段的遗迹残余物。