[论文解读] Herschel-ATLAS and ALMA: HATLAS J142935.3-002836, a lensed major merger at redshift 1.027

Hugo Messias, S. Dye+30 more|Americanae (AECID Library)|Jun 18, 2014

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 127被引用 20

一句话总结

本研究利用赫歇尔-ATLAS和ALMA的多波段数据，确认HATLAS J142935.3-002836为红移z = 1.027的强引力透镜主导并合星系，其放大倍数达10倍，揭示了一个质量巨大、富含气体的并合系统，恒星形成速率为394 M☉ yr⁻¹，气体耗尽 timescale 为117 Myr，通过引力透镜放大效应为高红移星系演化提供了新见解。

ABSTRACT

[Abridged] Aims: This work focuses on one lensed system, HATLAS J142935.3-002836 (H1429-0028), selected in the Herschel-ATLAS field. Gathering a rich, multi-wavelength dataset, we aim to confirm the lensing hypothesis and model the background source's morphology and dynamics, as well as to provide a full physical characterisation. Methods: Multi-wavelength high-resolution data is utilised to assess the nature of the system. A lensing-analysis algorithm which simultaneously fits different wavebands is adopted to characterise the lens. The background galaxy dynamical information is studied by reconstructing the 3-D source-plane of the ALMA CO(J:4-3) transition. Near-IR imaging from HST and Keck-AO allows to constrain rest-frame optical photometry independently for the foreground and background systems. Physical parameters (such as stellar and dust masses) are estimated via modelling of the spectral energy distribution taking into account source blending, foreground obscuration, and differential magnification. Results: The system comprises a foreground edge-on disk galaxy (at z_sp=0.218) with an almost complete Einstein ring around it. The background source (at z_sp=1.027) is magnified by a factor of ~8-10 depending on wavelength. It is comprised of two components and a tens of kpc long tidal tail resembling the Antennae merger. As a whole, the system is a massive stellar system (1.32[-0.41,+0.63] x1E11 Mo) forming stars at a rate of 394+-90 Mo/yr, and has a significant gas reservoir M_ISM = 4.6+-1.7 x1E10 Mo. Its depletion time due to star formation alone is thus expected to be tau_SF=M_ISM/SFR=117+-51 Myr. The dynamical mass of one of the components is estimated to be 5.8+-1.7 x1E10 Mo, and, together with the photometric total mass estimate, it implies that H1429-0028 is a major merger system (1:2.8[-1.5,+1.8]).

研究动机与目标

• 利用多波段高分辨率数据确认HATLAS J142935.3-002836的引力透镜性质。
• 利用ALMA的CO(4→3)发射线进行三维源面重建，建模高红移背景源的形态与动力学特性。
• 综合考虑透镜效应，对系统进行全面的物理表征，包括恒星质量、尘埃质量、SFR与气体储库。
• 利用哈勃望远镜与凯克自适应光学的近红外成像，分离前景透镜与背景源的测光与动力学贡献。
• 确定并合组分的质量比与动力学质量，以评估该系统是否为一次主要并合。

提出的方法

• 应用一种透镜分析算法，同时拟合多个波段，以建模透镜系统并推导透镜质量分布。
• 利用ALMA的CO(4→3)谱线发射，重建背景源的三维结构，推断其运动学与动力学质量。
• 利用哈勃望远镜与凯克自适应光学的近红外成像，获取前景透镜与背景源的星等光学波段测光，实现混合光的分离。
• 通过包含源混合、前景消光与波长差异放大效应的谱谱能分布（SED）建模，估算物理参数。
• 计算不同波段的放大因子（μ ≈ 8–10），以校正质量与SFR估算中的透镜放大效应。
• 结合CO运动学的动力学质量估算与测光质量估算，推断并合组分的质量比。

实验结果

研究问题

• RQ1 HATLAS J142935.3-002836是否为引力透镜系统？其透镜系统性质为何？
• RQ2 高红移背景源的形态、运动学与动力学质量为何？
• RQ3 该系统的物理特性，包括恒星质量、尘埃质量、恒星形成速率与气体储库为何？
• RQ4 并合组分的质量比为何？该系统是否可被认定为一次主要并合？
• RQ5 引力透镜放大与波长差异放大如何影响所推导的物理参数？

主要发现

• 该系统为强引力透镜主导并合星系，前景面内盘星系（z = 0.218）形成近乎完整的爱因斯坦环。
• 背景源（z = 1.027）的放大倍数为μ ≈ 8–10（波长依赖），使其得以实现高分辨率研究。
• 系统总恒星质量为1.32⁺⁰.⁶³₋₀.⁴¹ × 10¹¹ M☉，恒星形成速率为394 ± 90 M☉ yr⁻¹。
• 星际介质（ISM）气体质量为4.6 ± 1.7 × 10¹⁰ M☉，由于恒星形成作用，气体耗尽 timescale 为117 ± 51 Myr。
• 其中一个并合组分的动力学质量为5.8 ± 1.7 × 10¹⁰ M☉，总质量比为1:2.8⁺¹.⁸₋₁.⁵，确认为一次主要并合。
• 该系统展现出长达数十千秒差距的潮汐尾，类似双鼠星系（Antennae）并合，表明其为近期或正在进行的并合。