[论文解读] Bright Lyman-alpha Emitters at z~9: constraints on the luminosity function from HiZELS

David Sobral, P. N. Best+8 more|arXiv (Cornell University)|Jun 30, 2009

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 31被引用 22

一句话总结

本研究利用UKIRT/WFCAM的窄波段成像，对z~9时的明亮Lyman-alpha发射体进行了迄今最大面积的巡天。尽管未检测到光度高于7.6×10⁴³ erg s⁻¹的Lyα发射体，但该巡天对光度函数设定了严格的上限，排除了z~6之后显著的演化，并揭示了在关键红移窗口中T型矮星可能带来的污染风险。

ABSTRACT

New results are presented, as part of the Hi-z Emission Line Survey (HiZELS), from the largest area survey to date (1.4 sq.deg) for Lyman-alpha emitters (LAEs) at z~9. The survey, which is primarily targeting H-alpha emitters at z<3, uses the Wide Field CAMera on the United Kingdom Infrared Telescope and a custom narrow-band filter in the J band and reaches a Lyman-alpha luminosity limit of ~10^43.8 erg/s over a co-moving volume of 1.12x10^6 Mpc^3 at z=8.96+-0.06. Only 2 candidates were found out of 1517 line emitters and those were rejected as LAEs after follow-up observations. The limit on the space density of bright LAEs is improved by 3 orders of magnitude, consistent with suppression of the bright end of the Lyman-alpha luminosity function beyond z~6. Combined with upper limits from smaller but deeper surveys, this rules out some of the most extreme models for high-redshift LAEs. The potential contamination of future narrow-band Lyman-alpha surveys at z>7 by Galactic brown dwarf stars is also examined, leading to the conclusion that such contamination may well be significant for searches at 7.7

研究动机与目标

• 利用迄今最大面积的巡天，约束z~9时明亮Lyα发射体的光度函数。
• 通过测量Lyα发射体的空间密度，检验高红移星系演化与再电离模型。
• 评估银河系T型矮星对未来的窄波段Lyα巡天可能造成的污染。
• 增进对再电离时期中性到电离星际介质转变过程的理解。
• 评估窄波段选择技术在高红移巡天中的可靠性，特别是在存在强分子吸收特征的大气窗口中。

提出的方法

• 在UKIRT望远镜的WFCAM上，于J波段（λ=1.211±0.015 μm）进行深度窄波段成像，覆盖1.4 deg²区域。
• 通过窄波段与宽波段滤波器之间的过量流量筛选候选体，并结合Lyman断续选别以分离高红移发射体。
• 利用CGS4进行后续光谱观测，以确认或排除候选Lyα发射体。
• 分析T型矮星的近红外光谱，评估其在窄波段颜色-颜色图中对Lyα发射体的模拟效应。
• 结合更深度但面积更小的巡天的上限结果，约束高红移Lyα光度函数。
• 使用SED拟合与光度颜色分析，识别窄波段缺失样本中潜在的T型矮星污染源。

实验结果

研究问题

• RQ1 z~9时明亮Lyα发射体的空间密度是多少？与较低红移相比有何差异？
• RQ2 Lyα光度函数在z~6之后的演化程度如何？这对再电离模型有何启示？
• RQ3 T型矮星在窄波段巡天中能否模拟Lyα发射体？在哪些红移范围内污染最为严重？
• RQ4 本宽场巡天结果与更深度但面积更小的巡天在约束高红移光度函数方面有何异同？
• RQ5 未来窄波段Lyα巡天中，哪些红移窗口最易受到低温恒星对象的污染？

主要发现

• 在1.4 deg²的巡天中，未检测到光度高于7.6×10⁴³ erg s⁻¹的Lyα发射体，为z~9时明亮发射体的空间密度设定了严格的上限。
• 与先前约束相比，Lyα发射体空间密度的上限提升了三个数量级，表明z~6之后光度函数的明亮端受到强烈抑制。
• 结果与预测z~6之后Lyα光度函数显著正向演化的模型不一致，从而否定了部分极端理论模型。
• 由于强甲烷和氨吸收特征导致人工BB-NB颜色过量，T型矮星可在红移7.7<z<8.0、9.1<z<9.5和11.7<z<12.2范围内模拟Lyα发射体。
• 在红移8.0<z<9.1范围内的巡天（包括z=8.96的HiZELS和z=8.8的UltraVISTA）不受T型矮星污染影响，甚至可能通过窄波段缺失标准探测到T型矮星。
• 巡天中未发现T型矮星候选体，因为所有窄波段缺失源均未表现出z(AB)−J>3的颜色特征，且所有源的最佳拟合均为z_photo~1.4–1.5的低红移星系。