[论文解读] Lyman Alpha Imaging of a Proto-Cluster Region at =3.09

Charles C. Steidel, Kurt L. Adelberger+4 more|ArXiv.org|Oct 7, 1999

Astronomy and Astrophysical Research被引用 351

一句话总结

本研究利用深度窄带成像技术，在⟨z⟩=3.09的高红移原星系团中探测到莱曼-α发射星系，发现发射线候选体的表面密度比以往盲搜调查高出六倍。研究发现，仅约20–25%的紫外明亮星系可通过窄带过量检测到，原因是其莱曼-α线较弱；同时发现两个质量巨大、弥散的莱曼-α‘星云’，且未发现相关射电源，暗示其激发机制可能为其他过程或存在被遮蔽的离散电离源。

ABSTRACT

We present very deep imaging observations, through a narrow-band filter tuned to Lyman alpha at , of a volume containing a significant over-density of galaxies at this redshift previously discovered in our survey for continuum-selected Lyman break galaxies (LBGs). The new observations are used in conjunction with our spectroscopic results on LBGs to compare the effectiveness of continuum and emission line searches for star forming galaxies at high redshift, and to extend the search for members of the structure at = 3.09 to much fainter continuum luminosities. We find that only 20-25 percent of all galaxies at a given UV continuum luminosity would be flagged as narrow-band excess objects subject to the typical limits W_Lya > 80 Angstroms in the observed frame. The density enhancement of strong Lyman alpha emitters in this field is consistent with that inferred from the analysis of the spectroscopic Lyman break galaxy sample in the same region (6+/-1), but extends to continuum luminosities up to 2 magnitudes fainter. There is no evidence for a significantly higher fraction of large Lyman alpha line equivalent widths at faint continuum luminosities. By combining the 24 spectroscopic members of the z=3.09 ``spike'' with the narrow-band candidates, we are able to produce a sample of 162 objects which are either known or likely members of this large structure. We have also discovered two extremely large and diffuse Lyman alpha emitting ``blobs'', which have physical extents >100/h kpc and Lyman alpha line fluxes 20-40 times larger than the typical line emitters at the same redshifts in the field. The possible nature of the ``blobs'' is discussed. (abstract abridged)

研究动机与目标

• 比较连续谱与发射线选别方法在识别高红移星形成星系方面的有效性。
• 利用窄带成像将原星系团成员的搜寻范围延伸至更低的紫外连续谱光度。
• 研究在原星系团区域发现的两个极为明亮、弥散的莱曼-α星云（‘星云’）的本质。
• 利用发射线和光谱数据绘制原星系团的大尺度结构。
• 评估窄带成像在存在选择性偏差的情况下，对高红移星系团聚度探测的实用性。

提出的方法

• 在中心为已知原星系团（⟨z⟩=3.09）的8.7′ × 8.9′区域开展极深的窄带成像观测。
• 结合先前莱曼断续星系（LBG）巡天获得的光谱红移数据，将窄带过量检测结果与之匹配，以识别星系团成员。
• 综合使用NB过量、NB短缺及光谱学星表，构建出包含162个候选或已确认成员的完整样本。
• 构建平滑化的表面密度图，以识别1 h⁻¹ Mpc尺度上的局部团聚区域。
• 分析高密度峰值与已知类星体及莱曼-α星云的空间相关性，评估其环境关联性。
• 通过比较在固定连续谱光度下被检测到的发射线天体与紫外明亮LBG的数量，评估窄带成像的选择效率。

实验结果

研究问题

• RQ1 与基于连续谱的莱曼断续选别方法相比，窄带成像在探测高红移星形成星系方面的有效性如何？
• RQ2 在z≈3.09的已知原星系团区域，莱曼-α发射线候选体的表面密度是多少？
• RQ3 为何存在两个极为明亮、弥散的莱曼-α星云，却无相关射电辐射或明亮紫外电离源？
• RQ4 莱曼-α星云和类星体是否倾向于位于原星系团最密集的区域？
• RQ5 由于莱曼-α等效宽度较弱，窄带选别在多大程度上会遗漏更暗的紫外明亮星系？

主要发现

• 该窄带巡天探测到的莱曼-α发射线候选体表面密度约为以往同深度、同红移盲搜调查的六倍。
• 在给定远紫外连续谱光度下，仅约20–25%的星系可通过窄带过量检测到，原因在于多数星系的本征等效宽度较低（<20 Å）。
• 这两个巨大的莱曼-α‘星云’的物理尺度至少为100 h⁻¹ kpc，莱曼-α线流量约为10⁻¹⁵ erg s⁻¹ cm⁻²，均比z≈3.09时典型的莱曼-α发射体高出约20–40倍。
• 星云未在100 μJy水平上与射电源相关联，且缺乏明显的紫外明亮电离源，提示其激发可能源于被遮蔽的源或类似冷却流的过程。
• 平滑表面密度图中三个最高局部密度峰值之一位于z = 3.083类星体处，另一个位于一个莱曼-α星云处，表明稀有天体在环境上存在团聚现象。
• 162个天体（光谱学、NB过量及NB短缺）的综合样本为迄今最完整的高红移原星系团结构‘快照’，并有力支持z≈3.09处存在大尺度团聚现象。