[论文解读] High-z galaxies with JWST and local analogues -- it is not only star formation

J. Brinchmann|arXiv (Cornell University)|Aug 15, 2022

Astronomy and Astrophysical Research被引用 5

一句话总结

本论文提出一种基于JWST NIRSpec数据的高红移星系直接氧丰度测定的改进方法，将对通量定标敏感度降低了约3倍。该方法识别出两个高红移星系中的活动星系核（AGN）活动（包括一个z=7.66的低质量AGN），并在部分z<3星系中发现以激波主导的发射线，同时警告基于[O III]4363的采样方法可能使质量-金属丰度关系产生高达0.5 dex的偏差。

ABSTRACT

I present an analysis of the JWST NIRSpec data of SMACS 0723 released as Early Release Observations. As part of this three new redshifts are provided, bringing the total of reliable redshifts to 14. I propose a modification to the direct abundance determination method that reduces sensitivity to flux calibration uncertainties by a factor of ~3 and show that the resulting abundances are in good agreement with Bayesian photoionization models of the rest-frame optical spectrum. I also show that 6355 is most likely a narrow-line active galactic nucleus (AGN) with $M_* \sim 10^9$ Msun at z=7.66, and argue that 10612 might also have an AGN contribution to its flux through comparison to photoionization models and low-redshift analogues. Under the assumption that the lines come from star-formation I find that the galaxies have gas depletion times of ~$10^7$ years, comparable to similar galaxies locally. I also identify a population of possibly shock-dominated galaxies at z&lt;3 whose near-IR emission lines plausibly come nearly all from shocks and discuss their implications. I close with a discussion of the potential for biases in the determination of the mass-metallicity relation using samples defined by detected [O III]4363 and show using low-z galaxies that this can lead to biases of up to 0.5 dex with a systematic trend with mass.

研究动机与目标

• 通过降低对通量定标和尘埃消光不确定性的敏感度，提高高红移星系中直接氧丰度测量的准确性。
• 利用发射线比率和光致电离模型，评估高红移星系中活动星系核（AGN）的存在性。
• 研究激波在低红移类星系和高红移星系近红外发射线光谱形成中的作用。
• 评估基于可检测[O III]4363选择星系对推导出的质量-金属丰度关系的影响。
• 验证贝叶斯光致电离建模作为高红移样本中温度敏感丰度测定的可靠替代方法。

提出的方法

• 采用改进的直接丰度方法，利用双线比[O III]4363/Hγ与[O III]5007/Hβ，将对通量定标和尘埃消光的敏感度降低约3倍。
• 将离子丰度相对于附近氢的复合线进行归一化，以进一步减少通量定标和消光的影响。
• 应用光致电离模型于红移后光学光谱，推断物理条件并验证丰度结果。
• 通过与低红移AGN类星体和电离参数模型的线比比较，评估AGN的贡献。
• 利用强线诊断如[Fe II]/Paγ并对比激波模型，评估激波主导的发射。
• 使用贝叶斯光致电离建模网格估算[O III]4363未检测到的星系中的丰度，以减少选择偏差。

实验结果

研究问题

• RQ1 能否改进直接丰度方法，以降低高红移星系中对通量定标和尘埃消光的敏感度？
• RQ2 在高红移星系6355和10612中，有哪些证据支持活动星系核（AGN）活动的存在？
• RQ3 激波过程在低红移和高红移星系中对观测到的发射线光谱贡献有多大？
• RQ4 基于[O III]4363检测与否选择星系，如何影响推导出的质量-金属丰度关系？
• RQ5 当温度敏感线未检测到时，贝叶斯光致电离建模能否提供可靠的丰度估计？

主要发现

• 改进的直接丰度方法将对通量定标和尘埃消光的敏感度降低了约3倍，显著提升了高红移丰度测定的准确性。
• 星系6355（z=7.66）被识别为窄线AGN，其恒星质量低于10^9 M☉，依据是检测到[Ne IV]2422,2424以及与AGN激发一致的线比。
• 星系10612的线比和电离参数与AGN激发一致，表明可能存在AGN贡献，尽管未明确检测到[Ne IV]。
• 三个低红移星系（z<3）表现出强烈的[Fe II]1.257/Paγ发射，表明为激波主导的激发，可能与高超新星遗迹率有关。
• 对红移后光学光谱的光致电离建模得到的氧丰度与直接方法结果高度一致，验证了其在高红移研究中的适用性。
• 基于可检测[O III]4363选择星系，可能使质量-金属丰度关系产生高达0.5 dex的偏差，且在较高质量处系统性低估金属丰度。