[论文解读] The Building the Bridge survey for z=3 Ly-alpha emitting galaxies I: method and first results

J. P. U. Fynbo, C. Ledoux+3 more|ArXiv.org|May 15, 2003

Astronomy and Astrophysical Research被引用 58

一句话总结

本研究首次公布了Building the Bridge调查的结果，该调查利用中心波长位于z≈3处Lyα发射线的窄带成像技术，探测了低于Lyman-break巡天R=25.5连续谱极限的微弱高红移星系。通过针对z=2.85和z=3.15处具有中间damped Lyα吸收体的类星体场，调查识别出64个Lyα发射体候选体（其中85%比R=25.5更暗），分别实现了82%和68%的光谱确认率，且在z=3.15吸收体附近确认的星系表现出显著的聚集，表明存在与“薄片”状分布一致的大尺度结构。

ABSTRACT

We present the first results of an observational programme at the ESO Very Large Telescope aimed at detecting a large sample of high-redshift galaxies fainter than the current spectroscopic limit of R=25.5 for Lyman-Break galaxies. In this paper, we describe the results of deep narrow and broad-band imaging and subsequent follow-up multi-object spectroscopy of faint high-redshift galaxies in the fields of the BRI1346-0322 and Q2138-4427. These QSOs have intervening absorbers, at redshifts z=2.85 and z=3.15 respectively, for which redshifted Ly-alpha emission falls within less than a few AA from the central wavelengths of existing VLT (~60 AA wide) narrow-band filters. We selected 37 and 27 candidate emission-line galaxies in the two fields respectively. About 85% of the candidates have R-band magnitudes fainter than R=25.5. The first spectroscopic follow-up of a sub-sample of the candidates resulted in 41 confirmed candidates and 4 foreground galaxies (three [OII] emitters and one CIV emitter). The confirmation rate is 82% and 68% in the field of BRI1346-0322 and Q2138-4427 respectively. In addition, we serendipitously detect a number of other emission-line sources on some of the slitlets not used for candidates. Of these, 9 are also most likely Ly-alpha emitters with redshifts ranging from 1.98 to 3.47. The redshift distribution of confirmed candidates in the field of BRI1346-0322 is consistent with being drawn from a uniform distribution weighted by the filter response curve, whereas the galaxies in the field of Q2138-4427 have redshifts clustering very close to the redshift of the damped Ly-alpha absorber. This latter fact indicates the existence of a large `pancake'-like structure confirming the earlier suggestions of Francis & Hewitt (1993).

研究动机与目标

• 通过探测低于当前R=25.5光谱极限的高红移星系，弥合damped Lyα吸收体（DLAs）与Lyman-break星系（LBGs）之间的差距。
• 利用窄带Lyα成像研究微弱高红移星系的性质，特别是其形态、恒星形成率、聚集特性及连续谱颜色。
• 通过具有中间damped Lyα吸收体的类星体场锚定观测，降低观测到空洞的风险，从而将观测结果与已知的高红移结构关联起来。
• 检验Lyα发射是否能有效探测z≈3星系光度函数的微弱端，该端约70%的静止系R波段辐射来自此部分。

提出的方法

• 使用欧洲南方天文台甚大望远镜上的VLT FORS2进行深度窄带成像，调谐至z≈3处的红移Lyα发射，中心波长对应于现有约60 Å带宽的窄带滤光片。
• 基于窄带与宽带R波段成像之间过量流量的差异来选择Lyα发射体候选体，显著性阈值为3σ。
• 利用VLT进行多目标光谱观测以确认候选体并测量红移，其中狭缝设计用于分别瞄准类星体BRI 1346−0322和Q 2138−4427场中的37个和27个候选体。
• 利用z=2.85和z=3.15处的类星体吸收体作为红移锚点，确保目标红移落在滤光片响应曲线上。
• 通过光谱分析识别Lyα发射体，其特征为强Lyα发射线，并探测其他偶然发现的发射线源，如[O II]和C IV发射体。
• 使用H₀=65 km s⁻¹ Mpc⁻¹、Ωₘ=0.3、ΩΛ=0.7的宇宙学模型，计算目标红移的光度距离和距离模数。

实验结果

研究问题

• RQ1 窄带成像能否探测到低于当前Lyman-break星系R=25.5光谱极限的高红移Lyα发射星系？
• RQ2 在以已知高红移吸收体为锚点的场中，通过窄带成像选择的Lyα发射体候选体的确认率如何？
• RQ3 已确认的Lyα发射体的空间分布是否与中间damped Lyα吸收体的红移相关，表明存在大尺度结构？
• RQ4 微弱Lyα发射体（如光度、形态、聚集特性）的性质与更明亮的Lyman-break星系相比有何不同？
• RQ5 亮度低于R=25.5的星系对z≈3时总恒星形成和星际介质金属丰度的贡献比例是多少？

主要发现

• 在类星体BRI 1346−0322场中识别出37个Lyα发射体候选体，在Q 2138−4427场中识别出27个，其中85%的候选体在R波段的星等比R=25.5更暗。
• 光谱后续观测共确认了41个Lyα发射体（BRI 1346−0322场中确认率为82%，Q 2138−4427场中为68%），并额外发现4个前景发射线星系（其中三个为[O II]发射体，一个为C IV发射体）。
• BRI 1346−0322场中已确认Lyα发射体的红移分布与滤光片响应曲线加权的均匀分布一致。
• 在Q 2138−4427场中，已确认的Lyα发射体在z=3.15附近强烈聚集，该红移对应于damped Lyα吸收体，表明存在大尺度的“薄片”状结构。
• 在未使用的狭缝中偶然探测到9个额外的Lyα发射体，其红移分布在1.98至3.47之间，证实了该方法对微弱高红移源的灵敏度。
• 结果支持在z=3.15吸收体周围存在星系的高密度区域，与早期理论预测的延伸、丝状结构一致。