[论文解读] The ESO UVES Advanced Data Products Quasar Sample - I. Dataset and New N_HI Measurements of Damped Absorbers

Tayyaba Zafar, Attila Popping+1 more|arXiv (Cornell University)|Jul 2, 2013

Astrophysics and Star Formation StudiesPhysics and Astronomy参考文献 53被引用 21

一句话总结

本文基于欧洲南方天文台（ESO）UVES高级数据产品档案，公布了来自高分辨率类星体吸收线数据集，包含250组光谱，红移最高达 z = 6.311。研究报道了19个增宽和亚增宽Lyα吸收体（DLA/sub-DLA）的全新H i柱密度测量结果，其中包括10个新识别的吸收体和19次首次测量，均通过Voigt轮廓拟合及金属线或莱曼系线的检测得到确认。

ABSTRACT

We present here a dataset of quasars observed with the Ultraviolet Visual Echelle Spectrograph (UVES) on the VLT and available in the ESO UVES Advanced Data Products archive. The sample is made up of a total of 250 high resolution quasar spectra with emission redshifts ranging from 0.191 < z_em <6.311. The total UVES exposure time of this dataset is 1560 hours. Thanks to the high resolution of UVES spectra, it is possible to unambiguously measure the column density of absorbers with damping wings, down to N_HI > 10^{19} cm^{-2}, which constitutes the sub-damped Lya absorber (sub-DLA) threshold. Within the wavelength coverage of our UVES data, we find 150 damped Lya systems (DLAs)/sub-DLAs in the range 1.5 < z_abs < 4.7. Of these 150, 93 are DLAs and 57 are sub-DLAs. An extensive search in the literature indicates that 6 of these DLAs and 13 of these sub-DLAs have their N_HI measured for the first time. Among them, 10 are new identifications as DLAs/sub-DLAs. For each of these systems, we obtain an accurate measurement of the HI column density and the absorber's redshift in the range 1.7 < z_abs < 4.2 by implementing a Voigt profile-fitting algorithm. These absorbers are further confirmed thanks to the detection of associated metal lines and/or lines from members of the Lyman series. In our data, a few quasars' lines-of-sight are rich. An interesting example is towards QSO J0133+0400 (z_em = 4.154) with six DLAs and sub-DLAs reported.

研究动机与目标

• 整理欧洲南方天文台（ESO）UVES高级数据产品档案中的高分辨率类星体光谱，构建全面的数据集，用于研究中性氢吸收体。
• 在红移范围 1.5 < z < 4.7 内，识别并测量增宽Lyα吸收体（DLA）和亚增宽Lyα吸收体（sub-DLA）的H i柱密度。
• 检测并表征此前未报告的DLA和sub-DLA，特别是低于传统DLA阈值（N_HI ≥ 2×10²⁰ cm⁻²）的系统，以增进对宇宙气体质量与金属丰度演化的理解。
• 通过检测相关金属线和更高阶莱曼系跃迁线，确认新吸收体的存在。
• 为未来DLA/sub-DLA性质的统计研究（包括柱密度分布及对气体质量密度的贡献）提供基础。

提出的方法

• 利用欧洲南方天文台（ESO）UVES高级数据产品档案中的高分辨率UVES光谱（R ~ 40,000），覆盖300至1100 nm的波长范围。
• 通过自动化与人工检查相结合的方法，基于Lyα轮廓中的增宽效应，识别增宽Lyα吸收体（DLA）和亚增宽Lyα吸收体（sub-DLA）。
• 对Lyα线及更高阶莱曼系跃迁线（如Lyβ、Lyγ）进行Voigt轮廓拟合，以精确推导H i柱密度（N_HI）。
• 通过检测紫外波段中相关的金属线（如C II、Si II、Zn II）和更高阶莱曼系线，确认吸收体的识别结果。
• 根据测量的柱密度，将系统分类为DLA（N_HI ≥ 2×10²⁰ cm⁻²）或sub-DLA（10¹⁹ ≤ N_HI < 2×10²⁰ cm⁻²）。
• 在全部250组类星体光谱中采用一致的红移与柱密度测量流程，以确保数据同质性与可重复性。

实验结果

研究问题

• RQ1 在来自UVES档案的高分辨率类星体样本中，增宽和亚增宽Lyα吸收体的H i柱密度分布如何？
• RQ2 该数据集中识别出多少个新的增宽吸收体（DLA/sub-DLA），其中有多少个的H i柱密度为首次测量？
• RQ3 哪些视线方向包含多个吸收体？这些复杂系统的动力学结构如何？
• RQ4 金属线和更高阶莱曼系跃迁线在多大程度上确认了样本中新增吸收体的存在？
• RQ5 本样本中DLA与sub-DLA的柱密度分布与以往研究相比如何，特别是在sub-DLA对气体质量密度贡献方面的差异？

主要发现

• 该数据集包含250组高分辨率类星体光谱，发射红移范围为 z_em = 0.191 至 z_em = 6.311，总曝光时间达1560小时。
• 在红移范围 1.5 < z_abs < 4.7 内共识别出150个增宽和亚增宽Lyα吸收体，其中93个归类为DLA，57个为sub-DLA。
• 其中，6个DLA和13个sub-DLA的H i柱密度为首次测量，包括10个新识别的吸收体。
• 通过Lyα线及可用的更高阶莱曼系跃迁线的Voigt轮廓拟合，实现了H i柱密度的高精度测量。
• 类星体QSO J0133+0400的视线方向包含六个DLA和sub-DLA，其中包括位于 z = 3.995 和 z = 3.999 的两个sub-DLA，两者速度间隔仅为240 km s⁻¹，表明存在一个致密的吸收体系统。
• 识别出五例近场DLA情况和四组类星体双星系统，其中部分双星系统中检测到差异吸收，例如QSO B0307-195B在 z = 1.788 处存在一个sub-DLA，而其伴星则无。