[论文解读] The Ages and Masses of Lyman Alpha Galaxies at Redshift $z\sim 4.5$

Steven L. Finkelstein, James E. Rhoads+3 more|arXiv (Cornell University)|Dec 18, 2006

Astronomy and Astrophysical Research被引用 66

一句话总结

本研究利用MMT宽波段测光确定了红移z ~ 4.5的98个莱曼α星系的年龄和恒星质量，发现具有最高莱曼α等效宽度的星系是早期宇宙中已知最年轻的星系（平均年龄4 Myr），而等效宽度较低的星系则更老（40–200 Myr）。恒星质量范围为2×10⁷至2×10⁹ M⊙，尘埃效应可能在较老、含尘的系统中增强莱曼α等效宽度。

ABSTRACT

We examine the stellar populations of a sample of 98 redshift 4.5 Lyman alpha emitting galaxies using their broadband colors derived from deep photometry at the MMT. These galaxies were selected by narrowband excess from the Large Area Lyman Alpha survey. Twenty-two galaxies are detected in two or more of our MMT filters (g', r', i' and z'). By comparing broad and narrowband colors of these galaxies to synthetic colors from stellar population models, we determine their ages and stellar masses. The highest equivalent width objects have an average age of 4 Myr, consistent with ongoing star formation. The lowest EW objects show an age of 40 - 200 Myr, consistent with the expectation that larger numbers of stars are causing low EWs. We found masses ranging from 2e7 solar masses for the youngest objects in the sample to 2e9 solar masses for the oldest. It is possible that dust effects could produce large equivalent widths even in older populations by allowing the Lyman alpha photons to escape, even while the continuum is extinguished, and we present models for this scenario also.

研究动机与目标

• 确定高红移莱曼α星系（z ~ 4.5）的星族性质，特别是年龄和质量。
• 通过将观测的宽波段颜色与合成模型比较，评估尘埃在增强莱曼α等效宽度中的作用。
• 在莱曼α发射星系中区分年轻星形成星族与年老、受尘埃影响的系统。
• 评估尘埃对连续谱的抑制（而对莱曼α光子无影响）是否能解释观测到的高莱曼α等效宽度。
• 将推导出的物理性质与先前研究进行比较，评估样本选择与灵敏度的重要性。

提出的方法

• 利用MMT/Megacam对来自大范围莱曼α巡天的98个通过窄带过量选出的莱曼α星系获取深空宽波段测光（g′, r′, i′, z′）。
• 根据莱曼α等效宽度（EW）将测光数据分箱为六组，以提高信噪比并推导平均颜色。
• 将观测到的宽波段颜色（r′−nb, r′−i′）与不同年龄、恒星形成历史（恒定与指数衰减）及尘埃消光的星族合成模型进行比较。
• 利用颜色-颜色图识别零尘埃、碎屑状尘埃和均匀尘埃情景对应的区域，评估尘埃增强莱曼α发射的可能性。
• 使用1σ距离度量评估对象位置相对于零尘埃线的统计显著性。
• 通过建模碎屑状与均匀尘埃分布，评估尘埃对连续谱和莱曼α发射的影响，特别是在共振散射背景下的影响。

实验结果

研究问题

• RQ1 基于宽波段测光，z ~ 4.5的莱曼α星系的典型年龄和恒星质量是多少？
• RQ2 碎屑状分布的尘埃是否能增强观测到的莱曼α等效宽度，同时抑制连续谱，从而解释年老系统中观测到的高等效宽度？
• RQ3 这些星系的观测宽波段颜色与具有不同恒星形成历史和尘埃含量的合成模型相比如何？
• RQ4 尘埃对连续谱的抑制（而不影响莱曼α光子）在多大程度上能解释样本中观测到的高莱曼α等效宽度？
• RQ5 样本中最年轻的莱曼α星系是否与持续的恒星形成一致？其质量与其他高红移星系巡天相比如何？

主要发现

• 样本中最年轻的莱曼α星系（具有最高莱曼α等效宽度）平均年龄为4 Myr，与持续恒星形成一致。
• 莱曼α等效宽度较低的星系年龄更老，范围在40至200 Myr之间，表明存在不同演化阶段的星系群体。
• 恒星质量范围从最年轻、连续谱未检测到的星系的2×10⁷ M⊙，到最年老、等效宽度最低的星系的2×10⁹ M⊙。
• 观测到的颜色-颜色分布显示，大多数星系位于零尘埃线的1.1σ以内，表明单个星系中碎屑状尘埃增强的证据不强。
• 堆叠数据表明，平均距离零尘埃线1.17σ，误差条更小，使得在低-中等等效宽度堆叠中更可信地排除碎屑状尘埃增强的可能性。
• 本研究得出结论：尽管尘埃可能在部分系统中增强莱曼α等效宽度，但大多数高等效宽度星系最合理的解释是年轻、低质量、活跃恒星形成的星系，而非尘埃红化后的年老系统。