[论文解读] Spectroscopy of Ultra--Steep Spectrum Radio Sources: A Sample of z>2 Radio Galaxies

H. J. A. Röttgering, R. van Ojik+4 more|arXiv (Cornell University)|Aug 12, 1996

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena被引用 4

一句话总结

本研究对64个超陡谱（USS）射电星系进行了光谱观测，识别出29个红移z > 2的源，其中三个超过z = 3。作者发现射电谱指数越陡，红移越高，且确认Lyα发射占主导，其静止系等效宽度高达1000 Å，表明由中心电波源引发的光致电离。Lyα与更高电离态谱线（如C IV、He II）之间的速度偏移（最高达1000 km s⁻¹）可能源于相关H I吸收，尽管动力学或遮蔽效应也可能有所贡献。

ABSTRACT

We present spectroscopic observations for 64 radio galaxies having ultra steep radio spectra. Twenty-nine objects have redshifts $z>2$, the largest redshifts being almost 4. Our ultra steep spectrum (USS) criterion ($\alpha < -1$) has proven to be the most efficient way of finding distant radio galaxies. We find that even among the USS sources, there is a strong statistical correlation between the spectral index and redshift. The most distant radio galaxies within the USS sample have the steepest radio spectra. In our sample there are 3 radio galaxies at $z>3$ compared with 26 at $2 < z < 3$. However, the present data do not allow us to decide whether there is a decrease in co-moving source density at the highest redshifts. We have analyzed the spectra of the 30 objects with the highest redshifts ($z>1.9$). For these high redshift radio galaxies, Ly$\alpha$ is almost always the dominant emission line, with a rest frame equivalent width ranging from $\sim100$ \AA\ to more than 1000 \AA. The equivalent widths of the most important emission lines (Ly$\alpha$, C\,{\small IV}, He\,{\small II}, C\,{\small III}]) are found to correlate strongly with each other. The large rest frame equivalent widths and the correlation between the equivalent widths of the emission lines, confirm that photoionization by a central continuum source is most likely the dominant ionization mechanism. There are significant velocity differences between the various emission lines of our high redshift radio galaxies; in particular the Ly$\alpha$ line is shifted with respect to the higher ionization lines. Velocity shifts range from 100 to almost 1000 km s$^{-1}$ in some cases. Simulations show that the effects of associated H\,{\small I} absorption on the Ly$\alpha$ emission line may be

研究动机与目标

• 利用超陡谱（USS）选择法识别并表征高红移射电星系。
• 确定USS标准（α < −1）在发现z > 2射电星系方面的效率。
• 分析高红移射电星系（HZRGs）中发射线特性，特别是Lyα。
• 探究Lyα与更高电离态发射线之间速度偏移的成因。
• 评估z > 3时USS射电星系的共动源密度，并检验其演化特征。

提出的方法

• 从莱顿中等流量星表及4C样本中，利用超陡谱标准（α < −1）选择64个射电源。
• 利用高分辨率VLA成像（1.5′′）获取精确位置，以进行光学识别。
• 使用2米望远镜进行R波段CCD成像，确认光学对应体。
• 利用4米级望远镜进行低分辨率光谱观测，测量红移及发射线特性。
• 光谱分析以确定红移、静止系等效宽度，以及发射线之间的速度偏移。
• 模拟H I吸收对Lyα轮廓的影响，评估其在观测到的速度偏移中所起的作用。

实验结果

研究问题

• RQ1 超陡谱标准（α < −1）是否是识别高红移射电星系的有效方法？
• RQ2 在USS源中，射电谱指数与红移之间是否存在相关性？
• RQ3 高红移射电星系中，Lyα与更高电离态发射线（如C IV、He II）之间观测到的速度偏移由何原因造成？
• RQ4 中心连续谱源的光致电离是否是这些系统中占主导地位的电离机制？
• RQ5 是否存在z > 3时共动源密度下降的证据？

主要发现

• USS标准（α < −1）在识别高红移射电星系方面极为高效，64个源中有29个位于z > 2。
• 射电谱指数越陡，红移越高，二者之间存在显著的统计相关性，最远源（z ≈ 3.8）具有最陡的谱。
• 在高红移射电星系（z > 1.9）中，Lyα是主导发射线，其静止系等效宽度范围为∼100 Å至超过1000 Å。
• Lyα、C IV、He II和C III]的等效宽度强相关，支持中心连续谱源光致电离为占主导地位的电离机制。
• 观测到显著的速度偏移（100–1000 km s⁻¹），主要表现为Lyα相对于更高电离态谱线的蓝移，与相关H I吸收系统的效应一致。
• 其他机制（如外流或遮蔽）可能在至少部分源中有所贡献，但H I吸收最可能是主导原因。