[论文解读] The Building the Bridge survey for z=3 Ly-alpha emitting galaxies II: Completion of the survey

L. F. Grove, J. P. U. Fynbo+5 more|arXiv (Cornell University)|Jan 24, 2009

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 1被引用 19

一句话总结

本研究通过在具有中间吸收体的类星体周围利用窄带成像探测红移 z≈3 处的莱曼-Alpha发射体（LAEs），完成了 Building the Bridge 调查。研究发现，表面密度稳定在约每平方弧秒每单位红移 10 个 LAEs，确认了星体光度函数在低光度端的极陡斜率，表明在高红移时，暗淡 LAEs 主导了紫外辐射和电离光子预算。

ABSTRACT

(Abridged). We aim at bridging the gap between absorption selected and emission selected galaxies at z~3 by probing the faint end of the luminosity function of star-forming galaxies at z~3. We have performed narrow-band imaging in three fields with intervening QSO absorbers (a damped Ly$α$ absorber and two Lyman-limit systems) using the VLT. We target Ly-alpha at redshifts 2.85, 3.15 and 3.20. We find a consistent surface density of about 10 Ly-alpha-emitters per square arcmin per unit redshift in all three fields down to our detection limit of about 3x10^41 ergs s^-1. The luminosity function is consistent with what has been found by other surveys at similar redshifts. About 85% of the sources are fainter than the canonical limit of R=25.5 for most Lyman-break galaxy surveys. In none of the three fields do we detect the emission counterparts of the QSO absorbers. In particular we do not detect the counterpart of the z=2.85 damped Ly-alpha absorber towards Q2138-4427. Narrow-band surveys for Ly-alpha emitters are excellent to probe the faint end of the luminosity function at z~3. There is a very high surface density of this class of objects. This is consistent with a very steep slope of the faint end of the luminosity function as has been inferred by other studies. This faint population of galaxies is playing a central role in the early Universe. There is evidence that this population is dominating the integrated star-formation activity, responsible for the bulk of the ionizing photons at z~3 and likely also responsible for the bulk of the enrichment of the intergalactic medium.

研究动机与目标

• 在 z≈3 时弥合吸收选星系（如 DLA）与发射选星系（如 LBG）之间的差距。
• 利用窄带成像探测莱曼-Alpha发射体的星系光度函数的暗淡端。
• 在具有已知吸收体的类星体场中搜寻阻滞莱曼-Alpha吸收体（DLA）的星系对应体。
• 评估暗淡莱曼-Alpha发射体在再电离和金属丰度演化等早期宇宙过程中的作用。
• 确定 z≈3 时 LAE 的光度函数是否与其他调查和理论预期一致。

提出的方法

• 在甚大望远镜（VLT）上进行窄带成像，针对 z=2.85、3.15 和 3.20 处的莱曼-Alpha发射，在三个含有 DLA 或莱曼限吸收体的类星体场中进行观测。
• 使用深度窄带滤光片，中心波长对准莱曼-Alpha发射线，以探测红移 z≈3 处的暗淡星形成星系。
• 将三个场（Q2138-4427、BRI 1346-0322、BRI 1202-0725）的数据合并，推导 LAE 的光度函数。
• 对候选源进行光谱后续观测，以确认莱曼-Alpha发射并排除虚假探测。
• 采用 H₀=70 km s⁻¹ Mpc⁻¹、Ωₘ=0.3、ΩΛ=0.7 的宇宙学模型，并全程使用 AB 星等。
• 将结果与现有调查及伽马射线暴宿主星系光度进行比较，以评估光度函数的暗淡端斜率及宇宙恒星形成率。

实验结果

研究问题

• RQ1 在具有中间类星体吸收体的场中，z≈3 处莱曼-Alpha发射体的表面密度与光度函数如何？
• RQ2 阻滞莱曼-Alpha吸收体（DLA）的星系对应体是否表现为 z≈3 处的莱曼-Alpha发射体？
• RQ3 LAE 光度函数的暗淡端斜率与其他调查及理论模型相比如何？
• RQ4 暗淡莱曼-Alpha发射体在多大程度上主导了早期宇宙的紫外与电离光子预算？
• RQ5 DLA 对应体未被探测到，是否可由低金属丰度或固有暗淡性解释？

主要发现

• 该调查在所有三个场中均检测到约每平方弧秒每单位红移 10 个莱曼-Alpha发射体的稳定表面密度。
• z≈3 处 LAE 的光度函数与先前调查一致，且表现出极陡的暗淡端斜率。
• 约 85% 的探测到的莱曼-Alpha发射体比 R=25.5 更暗，即典型莱曼断续星系调查的通量极限。
• 在 Q2138-4427 方向的 z=2.85 DLA 处未探测到莱曼-Alpha发射对应体，表明该 DLA 星系可能不是莱曼-Alpha发射体，或低于本调查的通量极限。
• 结果支持如下假设：暗淡莱曼-Alpha发射体主导了总恒星形成率，是 z≳3 时电离光子的主要来源。
• DLA 对应体未被探测到，与其中低金属丰度 ([Zn/H]≈−1.74) 一致，这可能降低了通过莱曼-Alpha发射探测到的可能性。