[论文解读] Lyman alpha emitters with red colors at z~=2.4

M. Stiavelli, Claudia Scarlata+4 more|ArXiv.org|May 29, 2001

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 32被引用 25

一句话总结

本研究利用CFH12K相机上的定制中波段滤光片，在z ≈ 2.4红移处识别出58个Lyman-alpha发射体，其B-I颜色异常偏红（≈1.8）。这种偏红颜色无法仅用尘埃消光解释，因为这将要求恒星形成速率远超宇宙峰值；相反，数据强烈表明存在主导的古老恒星种群，暗示这些星系为原椭圆星系，其大部分恒星在z ≈ 2.4时已形成。

ABSTRACT

We have carried out a search for Lyman alpha emission from galaxies at z~=2.4 over a field of 1200 sq. arcmin using the CFH12K camera at the CFHT and a custom medium band filter. The search has uncovered 58 candidates, corresponding to a completeness-corrected source density of ~0.07 sq. arcmin^-2. Our sources have red colors (B-I~=1.8) which imply either that a large fraction of the light is highly reddened and we are detecting Lyman alpha through special lines of sight, or that these objects contain an underlying older stellar population. While for each individual object we cannot discriminate between these alternatives, we conclude that most of the objects actually contain an older component because the star formation rates inferred from the picture based on reddening, applied to all candidates, would imply an exceedingly high star formation rate, i.e. more than two orders of magnitude above the peak cosmic star formation rate (e.g. Lilly et al. 1996).

研究动机与目标

• 利用定制中波段滤光片进行深度成像，识别并表征z ≈ 2.4处的Lyman-alpha发射体。
• 确定在这些发射体中显著比例观测到的偏红B-I颜色（≈1.8）的成因。
• 评估偏红颜色是否由尘埃消光引起，或是否源于古老恒星种群的存在。
• 估计这些高红移星系的恒星形成历史与总恒星质量。
• 评估这些天体是否代表已在其形成早期阶段形成大部分恒星的原椭圆星系。

提出的方法

• 使用中心波长为4158 Å、半高全宽（FWHM）为174 Å的定制中波段干涉滤光片，以分离z ≈ 2.422处的Lyman-alpha发射。
• 在加拿大-法国-夏威夷望远镜上利用CFH12K相机对1200平方弧分的区域进行深度成像。
• 使用SExtractor进行B、I和Lyman-alpha波段的测光，完整性校正基于人工恒星模拟获得。
• 通过测量每个芯片上Lyman-alpha与B波段通量比的中值及其离散度，实现连续谱减除。
• 利用[OII]发射线作为诊断工具，排除潜在的[OII]发射污染源，确认候选体的Lyman-alpha起源。
• 采用Bruzual & Charlot的恒星种群合成模型，结合Salpeter初始质量函数，估算恒星质量，并检验古老与年轻种群的贡献。

实验结果

研究问题

• RQ1 是什么原因导致z ≈ 2.4处Lyman-alpha发射体出现异常偏红的B-I颜色（≈1.8）？
• RQ2 仅靠尘埃消光能否解释观测到的偏红颜色，还是必须存在古老恒星种群？
• RQ3 若偏红颜色由尘埃消光引起，其所要求的恒星形成速率是多少？与宇宙峰值相比如何？
• RQ4 古老种群贡献了多少比例的总恒星质量？这对这些星系的形成 epoch 有何含义？
• RQ5 这些Lyman-alpha发射体是否与在z ≈ 2.4时已形成大部分恒星的原椭圆星系一致？

主要发现

• 样本包含58个确凿的Lyman-alpha发射体，完整性校正后的源密度约为0.07 arcmin⁻²。
• 平均B-I颜色约为1.8，显著偏红于年轻、未消光星暴星系的预期值。
• 若偏红颜色由尘埃消光引起，则所需恒星形成速率将超过宇宙峰值的10,000倍以上，使尘埃消光成为不可行的解释。
• 对于1 Gyr老的恒星种群，其质量必须至少为年轻种群的1000倍，才能重现观测到的颜色。
• Lyman-alpha发射量暗示年轻种群质量约为10⁷ M⊙，而总恒星质量约为10¹¹ M⊙，表明存在主导的古老组分。
• 这些源的数密度约为L⋆星系的5%，与它们作为具有高恒星形成占空比的原椭圆星系一致。