[论文解读] ODIN: Searching for LyC emission from Lyman-$α$ emitters at $z=4.5$ in the E-COSMOS and XMM-LSS fields

Eunsuk Seo, Hyunmi Song+19 more|arXiv (Cornell University)|Mar 16, 2026

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena被引用 0

一句话总结

该研究利用 ODIN 调查在 z=4.5 的 Lyman-α 发射体中搜索 Lyman 连续辐射（LyC），得到 12 个 gold 和 39 个 silver LyC 发射候选者，总堆叠未检测到信号，并揭示与 UV 通量和 Lyα 当量宽度的相关性。

ABSTRACT

We investigated Lyman-continuum (LyC) emission from Lyman-$α$ emitters (LAEs) at $z=4.5$, identified in the One-hundred-deg$^2$ DECam Imaging in Narrowbands (ODIN) survey. Of the 7,498 LAEs (4,101 in COSMOS and 3,397 in XMM-LSS), we excluded LAEs that are either likely low-z objects or contaminated by neighboring sources. Additional background modeling process with thorough quality assessments leaves a final sample of 851 galaxies. We then performed forced photometry on $u/u^*$-band images from the CFHT large area $u$-band deep survey (CLAUDS) to measure their LyC fluxes. This represents the largest sample of $z=4.5$ LAEs searched for such a purpose. Within this sample, we identified 12 `gold' and 39 `silver' LyC-emitting candidates, with LyC fluxes detected of $>3σ$ and between $2σ$ and $3σ$, respectively, in the range of 5.16--55.29 nJy. No LyC signal is detected in the weighted mean stack of the final sample ($0.20 \pm 0.37$ nJy). Given the UVC magnitudes of LAEs in our sample, the expected LyC emission is likely below the detection limit even when stacking the full sample of ODIN LAEs. Nevertheless, having a large sample of LAEs remains valuable for identifying individual LyC leaker candidates. Among the gold and silver candidates, the LyC flux appears to correlate positively with UVC flux and negatively with Ly$α$ equivalent width, although the correlations are weak. A larger sample of LyC leakers will allow a more robust confirmation of these trends and provide better insights into their physical origins.

研究动机与目标

• 评估 ODIN 调查（COSMOS 与 XMM-LSS）中大规模、统一选取的 z=4.5 LAE 样本的 LyC 漏出情况。
• 开发稳健的背景建模与清理，以在 u/u* 波段中实现可靠的 LyC 测量。
• 识别 LyC 泄漏候选者并检查它们的光度学性质及与紫外连续谱和 Lyα 等效宽度的可能相关性。
• 为未来更广范围的 ODIN 分析奠定基础，通过验证方法并报告候选者清单。
• 在给定 IGM 剪切的情况下，评估 z=4.5 的直接 LyC 测量的可行性与局限性。

提出的方法

• 在 E-COSMOS 与 XMM-LSS 的 ODIN 目录中选择 z=4.5 的 LAE（最终 Clean 样本：1,819 条 LAE；经质量筛选后，用于 LyC 分析的为 851 条）。
• 利用 1'' 光径的强制光测，在 CFHT CLAUDS 的 u/u* 波段中通过测量 LyC 通量（aperture 校正量约在 u 为 ~0.79、i 为 ~0.86）进行测量。
• 通过 Background2D 进行局部背景估计、掩模处理，并使用多组盒大小/滤波尺寸参数进行彻底的背景建模，以尽量减少残留和偏差。
• 应用三种互补的背景模型质量控制指标（中心通量差异、中心位置与随机位置的 KS 检验、基于环形区的背景变化）以保留稳健的 LyC 测量（Direct 与 Direct-KS 样本）。
• 通过测量 LyC 通量显著性 (>3σ 的 gold；2–3σ 的 silver)，识别 LyC 泄漏候选者并编制带有光度测量的候选者清单；检查它们与 UVC 通量和 Lyα 等效宽度的相关性。

Figure 1: The R.A. and Decl. distribution of the ODIN LAEs (gray dots) and of those in the final sample (blue circle, see Section IV.1 ) in the E-COSMOS (left) and XMM-LSS (right) fields. Each field covers an area of $\sim$ 9 deg 2 . The CLAUDS footprint, where the $u/u^{*}$ -band data is available,

实验结果

研究问题

• RQ1 在 ODIN 调查场域中，z=4.5 LAE 的 LyC 发射的出现率与强度如何？
• RQ2 在强 IGM 剪切的 z=4.5 条件下，是否可以通过一个大规模、统一选取的样本发现可靠的 LyC 泄漏候选者？
• RQ3 在该样本中，LyC 探测与原位紫外连续谱（UVC）及 Lyα 等效宽度的相关性如何？
• RQ4 背景建模的选择对在微弱通量水平下实现稳健 LyC 测量有何启示？
• RQ5 堆叠结果对 z=4.5 LAE 的平均 LyC 漏出有何揭示？

主要发现

• 最终 Clean 样本在剔除可能的污染源并实施质量筛选后为 851 条星系。
• 识别出 12 个 gold LyC 发射候选者 (>3σ) 和 39 个 silver 候选者 (2σ–3σ)，LyC 通量范围为 5.16–55.29 nJy。
• 最终样本的加权平均 LyC 通量为 0.20 ± 0.37 nJy（堆叠中未检测到信号）。
• 研究指出 z=4.5 的 LyC 区间中极低的平均 IGM 传输率（约 ~0.3%），即使堆叠也很难探测到。
• 在 gold/silver 候选者中，LyC 通量与 UVC 通量呈正相关趋势，与 Lyα 等效宽度呈负相关趋势，但相关性较弱。
• 大规模、统一选取的 ODIN 样本仍然有价值，可用于识别 LyC 泄漏候选者并指导未来分析。

Figure 2: Filter transmission for three narrowbands (N419, N501 and N673) and the eight broadbands ( $u$ , $u^{*}$ from CFHT/MegaCam, $g$ , $r$ , $i$ , $z$ and $y$ from HSC, and F435W from HST) as a function of wavelength. A composite spectrum of $z=3$ SFGs from Shapley et al. ( 2003 ) , shifted to