[论文解读] Metal Absorption Systems in Spectra of Pairs of QSOs

David Tytler, Mark Gleed+7 more|arXiv (Cornell University)|Nov 15, 2007

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 4被引用 18

一句话总结

本研究对红移 z ≈ 2 处相距约 1 Mpc 的成对类星体（QSO）视线开展了首次大规模金属吸收系统调查，揭示了在 0.5 Mpc 尺度上吸收体存在显著的空间聚集。研究发现，一条视线中检测到吸收，意味着在 <100 kpc 范围内、速度差 ≤500 km s⁻¹ 的配对视线中检测到吸收的概率达 50%，表明吸收体追踪的是星系尺度的金属分布，而非高速喷流，且未发现类星体强方向性紫外辐射反馈的证据。

ABSTRACT

We present the first large sample of absorption systems in paired QSOs consisting of 691 absorption systems in the spectra of 310 QSOs including 170 pairings. All these absorption systems have metal lines, usually C IV or Mg II. We see 17 cases of absorption in one line-of-sight within 200 km/s (1 Mpc) of absorption in the paired line-of-sight with the probability at least approx 50% at 100kpc, declining rapidly to 23% at 100 - 200 kpc. We detect clustering on 0.5Mpc scales and see a hint of the "fingers of God" redshift-space distortion. The distribution matches absorbers arising in galaxies at z=2 with a normal correlation function and systematic infall velocities but unusually low random pair-wise velocity differences. Absorption in gas flowing out from galaxies at a mean velocity of 250 km/s would produce vastly more elongation than we see. The UV absorption from fast winds that Adelberger et al. 2005 see in spectra of LBGs is not representative of the absorption that we see. Either the winds are confined to LBGs, or they can not extend to 40 kpc with large velocities, while continuing to make UV absorption we see, implying most metals were in place in the IGM long before z=2. Separately, when we examine the absorption seen when a sight line passes a second QSO, we see 19 absorbers within 400 km/s of the partner QSO. The probability of seeing absorption is approximately constant for impact parameters 0.1 - 1.5 Mpc. Perhaps we do not see a rapid rise in the probability at small impact parameters because the UV from QSOs destroys some absorbers near to the QSOs. The 3D distribution of 64 absorbers around 313 QSOs is to first order isotropic, with just a hint of the anisotropy expected if the QSO UV emission is beamed, or alternatively QSOs might emit UV isotropically but for a surprisingly short time of only 0.3Myr.

研究动机与目标

• 研究红移 z ≈ 2 处相距约 1 Mpc 的成对类星体视线中金属吸收系统的空间相关性。
• 确定吸收体是否与星系尺度结构相关，或与类星体的高速喷流相关。
• 评估类星体紫外辐射在小撞击参数处抑制吸收体的作用。
• 检验类星体周围吸收体分布的各向异性，探究紫外辐射是否呈束状或各向同性发射。

提出的方法

• 利用中等分辨率光谱（FWHM 100–250 km s⁻¹）分析 170 对配对类星体（共 310 个 QSO）在 z ≈ 2 处的视线，视线间距约 1 Mpc。
• 通过静止系等效宽度和离子种类（如 C IV、Mg II）识别吸收系统。
• 通过成对视线间吸收红移的互相关分析，测量速度偏移并推断空间接近程度。
• 利用红移空间畸变和聚类统计量推断大尺度结构和特殊速度。
• 比较不同撞击参数（0.1–1.5 Mpc）下横向吸收体的概率，检验类星体附近是否存在抑制效应。
• 通过统计建模分析吸收体分布的各向异性，考虑束状几何、紫外破坏 timescales 和红移误差的影响。

实验结果

研究问题

• RQ1 在红移 z ≈ 2 处，成对类星体视线中金属吸收系统的空间相关长度是多少？
• RQ2 类星体附近的吸收体是否表现出由于束状或各向同性紫外辐射导致的各向异性分布？
• RQ3 观测到的聚集现象是否与吸收体源于星系或类星体高速喷流一致？
• RQ4 在小撞击参数处，横向吸收体的检测概率是否急剧上升，或是否因类星体紫外辐射而被抑制？
• RQ5 特殊速度和红移空间畸变在塑造观测到的吸收聚类中起什么作用？

主要发现

• 在 <100 kpc 范围内、速度差 ≤500 km s⁻¹ 的配对视线中检测到吸收的概率 ≥50%，在 100–200 kpc 处下降至 23%，在 1–2 Mpc 处降至 0.7%，表明在 ~0.5 Mpc 尺度上存在强烈聚集。
• 吸收体-吸收体相关性与高速喷流不一致；若平均喷流速度为 250 km s⁻¹，将产生远强于观测值的红移展宽。
• 类星体附近横向吸收体在类星体红移附近的聚集程度高于典型关联吸收体，其中 19 个位于 ±400 km s⁻¹ 内，30 个位于 ±1000 km s⁻¹ 内。
• 在类星体撞击参数 0.1–1.5 Mpc 范围内，检测到吸收体的概率近似恒定，表明类星体附近可能存在抑制，可能由于紫外破坏所致。
• 在 313 个类星体周围 64 个吸收体的三维分布近似各向同性，仅表现出微弱的各向异性，与 20° 半张角的紫外束或类星体寿命约 0.3 Myr 的模型一致。
• H I 数据中缺乏显著的近邻效应，且在小撞击参数处横向吸收体概率未出现快速上升，表明类星体紫外辐射可能破坏附近吸收体，从而掩盖了各向异性。