[论文解读] RELICS: Small Lensed $z\geq5.5$ Galaxies Selected as Potential Lyman Continuum Leakers

Chloe Neufeld, Victoria Strait+9 more|arXiv (Cornell University)|Nov 29, 2021

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena被引用 1

一句话总结

本研究利用哈勃望远镜和斯皮策空间望远镜的成像数据，对RELICS巡天中78个高红移（𝑧≥5.5）的引力透镜星系进行了物理尺寸测量，采用Lenstruction代码与透镜模型进行正向建模以校正放大效应。研究识别出大量有效半径小于200 pc的紧凑星系，并突出显示若干星系具有极高的恒星形成表面密度（ΣSFR > 10 M⊙ yr⁻¹ kpc⁻²），是潜在的莱曼连续电离辐射泄漏候选体，为早期星系演化及再电离源提供了关键见解。

ABSTRACT

We present size measurements of 78 high-redshift ($z\geq 5.5$) galaxy candidates from the Reionisation Lensing Cluster Survey (RELICS). These distant galaxies are well-resolved due to the gravitational lensing power of foreground galaxy clusters, imaged by the Hubble Space Telescope (HST) and the Spitzer Space Telescope. We compute sizes using the forward-modeling code Lenstruction and account for magnification using public lens models. The resulting size-magnitude measurements confirm the existence of many small galaxies with effective radii $R_{ m{eff}}<200$ pc in the early universe, in agreement with previous studies. In addition, we highlight compact and highly star-forming sources with star formation rate surface densities $\Sigma_ ext{SFR}>10M_\odot ext{yr}^{-1} ext{kpc}^{-2}$ as possible Lyman continuum leaking candidates that could be major contributors to the process of reionisation. Future spectroscopic follow-up of these compact galaxies (e.g., with the James Webb Space Telescope) will further clarify their role in reionisation and the physics of early star formation.

研究动机与目标

• 测量引力透镜作用下高红移（𝑧≥5.5）星系的物理尺寸，以实现对早期星系的高分辨率分析。
• 评估早期宇宙中星系的大小-星等关系与大小-质量关系，特别是紫外星等函数的暗端特性。
• 识别紧凑且高度星形成的星系作为潜在的莱曼连续电离辐射泄漏体，这对于理解宇宙再电离的来源至关重要。
• 提供一个中等亮度、被透镜放大的星系样本，适合通过詹姆斯·韦布空间望远镜（JWST）及其他设施进行后续观测，以探测电离光子逃逸。

提出的方法

• 利用哈勃空间望远镜与斯皮策空间望远镜在RELICS和S-RELICS巡天中的深度成像数据。
• 应用Lenstruction正向建模代码，在使用公开的强引力透镜模型的基础上，测量星系尺寸并校正透镜放大效应。
• 结合HST与Spitzer的测光数据，推导光谱红移，并估算星等与恒星质量等物理参数。
• 利用测量得到的尺寸与SED拟合获得的恒星形成速率，计算恒星形成表面密度（ΣSFR）。
• 基于紧凑性与高ΣSFR识别莱曼连续电离辐射泄漏候选体，并辅以[OIII]+H𝛽发射线的证据。
• 利用引力透镜放大效应提升表观亮度，使原本较暗的高红移源得以进行详细后续观测。

实验结果

研究问题

• RQ1 高红移（𝑧≥5.5）星系在早期宇宙中的物理尺寸是多少？与以往估计相比如何？
• RQ2 在𝑧≥5.5处，紧凑且高度星形成的星系是否表现出与莱曼连续电离辐射泄漏一致的性质，表明其可能是再电离的主要贡献者？
• RQ3 这些透镜星系的大小-星等关系与大小-质量关系如何影响紫外星等函数的暗端斜率？
• RQ4 电离气体发射线（如[OIII]、H𝛽）在识别这些紧凑源中潜在的莱曼连续电离辐射泄漏体方面起什么作用？
• RQ5 被透镜放大且中等亮度的星系能否作为未来使用JWST进行光谱后续观测的有效目标，以确认电离光子逃逸？

主要发现

• 本研究证实了在𝑧≥5.5红移处存在大量有效半径𝑅eff < 200 pc的紧凑星系，与先前对高红移星系尺寸的测量结果一致。
• 大量星系表现出极高的恒星形成表面密度（ΣSFR > 10 M⊙ yr⁻¹ kpc⁻²），表明其具有强烈且高度集中的恒星形成活动。
• 若干紧凑且高ΣSFR的星系显示出增强的[OIII]+H𝛽发射，表明其是强有力的莱曼连续电离辐射泄漏候选体。
• 该样本包含子-L*星系，其亮度高于典型暗端候选体，使其成为JWST及其他设施后续观测的理想目标。
• 引力透镜放大效应使高保真度的尺寸测量成为可能，并增强了可探测性，从而提升了电离光子逃逸光谱确认的可能性。
• 这些结果支持了紧凑且高度星形成的星系可能在早期宇宙再电离过程中发挥了主导作用的假设。