[论文解读] New HST spectra indicate the QSO PG1718+4807 will not give the primordial deuterium abundance

David Kirkman, David Tytler+7 more|ArXiv.org|Mar 20, 2001

Scientific Research and Discoveries参考文献 7被引用 10

一句话总结

哈勃空间望远镜STIS对类星体PG1718+4807的新光谱显示，此前在Lyα线蓝端怀疑存在的氘吸收极有可能并非氘。在98%的置信水平下，数据排除了氘的存在，原因在于其速度宽度与红移不一致，结论是该系统由于复杂的多组分吸收结构，无法用于测量原始氘丰度。

ABSTRACT

The z ~ 0.701 absorption system towards the QSO PG1718+4807 is the only example of a QSO absorption system which might have a deuterium/hydrogen ratio approximately ten times the value found towards other QSOs. We have obtained new STIS spectra from the Hubble Space Telescope of the Lyman alpha and Lyman limit regions of the system. These spectra give the redshift and velocity dispersion of the neutral hydrogen which produces most of the observed absorption. The Lyman alpha line is too narrow to account for all of the observed absorption. It was previously known that extra absorption is needed on the blue side of the main H I near to the expected position of deuterium. The current data suggests with a 98% confidence level that the extra absorption is not deuterium. Some uncertainty persists because we have a low signal to noise ratio and the extra absorption - be it deuterium or hydrogen - is heavily blended with the Lyman alpha absorption from the main hydrogen component.

研究动机与目标

• 确定类星体PG1718+4807的Lyα轮廓中异常的蓝端吸收是否为氘，这可能揭示较高的原始D/H比。
• 解决先前HST GHRS光谱对D/H ≈ 20×10⁻⁵的相互矛盾解释。
• 通过将速度位移和线宽与预期物理参数进行比较，评估吸收结构是否与氘一致。
• 评估系统复杂的速度结构（包括红端吸收）是否使氘解释无效。

提出的方法

• 获取了类星体PG1718+4807的Lyα和莱曼限区域的高分辨率STIS光谱，信噪比优于以往的GHRS数据。
• 对高阶莱曼系线进行拟合，以精确确定主要氢吸收轮廓及其速度宽度（b = 22.5 km s⁻¹）。
• 在可能的氘速度位移和线宽上构建二维χ²网格，以评估各点氘存在的可能性。
• 将模型拟合与观测数据进行比较，利用置信度轮廓检验：具有物理参数（b < 19.2 km s⁻¹，v ≈ -82 km s⁻¹）的氘是否能解释蓝端吸收。
• 评估了包含多个氢组分的替代模型，发现它们并未提高氘解释的可能性。
• 利用光离化和金属线（SiIII、MgII）约束，估计了氘线宽的物理解释上限（b ≤ 19.2 km s⁻¹）。

实验结果

研究问题

• RQ1 类星体PG1718+4807的Lyα轮廓中蓝端吸收特征是否与预期速度位移-82 km s⁻¹（相对于氢）的氘吸收一致？
• RQ2 在SiIII和H I线宽约束下，蓝端吸收的速度宽度是否与氘的预期热宽度一致？
• RQ3 在98%置信水平下，能否用b ≤ 19.2 km s⁻¹的物理解释氘线来解释观测到的吸收轮廓？
• RQ4 Lyα线红端额外吸收的存在是否与氘解释一致？
• RQ5 该系统复杂的速度结构（包括多个组分）是否使氘解释无效？

主要发现

• 蓝端吸收最可能的解对应速度位移为-75.1 ± 8.8 km s⁻¹，线宽为b = 27.1 ± 5.2 km s⁻¹，与预期的-82 km s⁻¹不一致，且宽于物理预期。
• 基于SiIII和H I线宽约束的b ≤ 19.2 km s⁻¹的氘线被98%置信水平排除，因其位于二维参数空间的74%置信区间之外。
• 假设b = 19.2 km s⁻¹，蓝端吸收为氘的概率小于最佳拟合模型的2%，表明统计上强烈反对氘的存在。
• 即使允许存在多个氢组分，高阶莱曼系线仍对总H I轮廓施加了极强的约束，使氘解释在统计上仍不可行。
• 红端吸收的存在排除了简单的单组分模型，支持一个复杂、多组分系统，该系统可产生靠近氘线的虚假吸收特征。
• 由于复杂非氘吸收结构的污染，该系统无法用于测量原始氘丰度。