[论文解读] The ESO UVES Advanced Data Products Quasar Sample - II. Cosmological Evolution of the Neutral Gas Mass Density

Tayyaba Zafar, Céline Péroux+4 more|UWA Profiles and Research Repository (University of Western Australia)|Jul 2, 2013

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 104被引用 103

一句话总结

本研究利用来自欧洲南方天文台UVES高级数据产品的122个类星体的无偏样本，测量了从log $N_{{\rm H}{\rm I}} = 19.0$ cm$^{-2}$开始的H i柱密度分布函数$f_{{\rm H}{\rm I}}(N,z)$的红移演化，发现在亚-DLA（sub-DLA）区域出现平坦化趋势。研究发现，在$1.5 < z < 5.0$红移范围内，亚-DLAs对总中性气体质量密度$Ω_{\rm g}$的贡献为8–20%，且$Ω_{\rm g}$无显著演化，表明仅靠恒星形成无法解释气体耗尽，必须存在额外的气体补给机制。

ABSTRACT

Quasar foreground damped absorbers, associated with HI-rich galaxies allow to estimate the neutral gas mass over cosmic time, which is a possible indicator of gas consumption as star formation proceeds. The DLAs and sub-DLAs are believed to contain a large fraction of neutral gas mass in the Universe. In Paper I of the series, we present the results of a search for DLAs and sub-DLAs in the ESO-UVES Advanced Data Products dataset of 250 quasars. Here we use an unbiased sub-sample of sub-DLAs from this dataset. We build a subset of 122 quasars ranging from 1.5

研究动机与目标

• 利用高分辨率类星体光谱，将H i柱密度分布函数$f_{{\rm H}{\rm I}}(N,z)$的演化测量至亚-DLA极限。
• 确定亚-DLAs的统计特性及其在$1.5 < z < 5.0$红移范围内对总中性气体质量密度$\Omega_{\rm g}$的贡献。
• 检验在先前研究结果存在矛盾的背景下，中性气体质量密度是否随红移演化。
• 评估亚-DLAs在宇宙重子预算中的作用及其对星系演化中气体消耗与补给机制的影响。
• 将ESO UVES样本与文献中的亚-DLA数据相结合，构建一个覆盖$\Delta z = 193$的89个亚-DLAs的稳健、无偏样本。

提出的方法

• 从ESO UVES高级数据产品中构建了一个包含122个类星体的统计样本，其红移范围为$1.5 < z_{\rm em} < 5.0$，确保在检测亚-DLA时无偏。
• 利用UVES的高光谱分辨率，高精度测量H i柱密度$N_{{\rm H}{\rm I}}$，实现对log $N_{{\rm H}{\rm I}} = 19.0$ cm$^{-2}$的探测。
• 将ESO UVES的亚-DLA样本与文献中已知的89个亚-DLAs结合，形成一个覆盖$\Delta z = 193$的总共89个吸收体的样本，用于统计分析。
• 计算亚-DLAs的数量密度和线密度，并与低电离线性吸收体（LLSs）和大电离线性吸收体（DLAs）进行比较，以评估其红移演化。
• 使用$f_{{\rm H}{\rm I}}(N,z)$计算不同红移下的中性气体质量密度$\Omega_{\rm g}$，积分至亚-DLA阈值。
• 评估$f_{{\rm H}{\rm I}}(N,z)$的红移演化，发现亚-DLA区域存在平坦化趋势，表明高红移时亚-DLAs的数量密度更高。

Figure 1: Upper panel : Redshift sensitivity function, $g(z)$ , as a function of sub-DLA redshift for the statistical EUADP (gray), O’Meara et al. ( 2007 ) MIKE $+$ ESI (green), Péroux et al. ( 2005 ) (red), Péroux et al. ( 2003a ) (blue), and combined sub-DLA sample (black). Lower panel : The distr

实验结果

研究问题

• RQ1 在亚-DLA区域，H i柱密度分布函数$f_{{\rm H}{\rm I}}(N,z)$如何随红移演化？
• RQ2 在$1.5 < z < 5.0$范围内，亚-DLAs对总中性气体质量密度$\Omega_{\rm g}$的贡献比例是多少？
• RQ3 在$1.5 < z < 5.0$红移范围内，总中性气体质量密度$\Omega_{\rm g}$是否保持恒定或发生演化？
• RQ4 在$1.0 < z < 5.0$红移区间内，亚-DLAs的数量密度与LLSs和DLAs相比如何？
• RQ5 在$\Omega_{\rm g}$无演化的情况下，这对我们理解高红移星系中气体供应机制意味着什么？

主要发现

• H i柱密度分布函数$f_{{\rm H}{\rm I}}(N,z)$在亚-DLA区域表现出平坦化趋势，表明高红移时亚-DLAs的数量密度高于低红移。
• 在$\Delta z = 193$范围内覆盖89个亚-DLAs的综合样本，为亚-DLA性质的红移演化提供了稳健的统计约束。
• 在$1.5 < z < 5.0$红移范围内，亚-DLAs对总中性气体质量密度$\Omega_{\rm g}$的贡献为8–20%。
• 从$z \sim 1.5$到$z \sim 5.0$，总中性气体质量密度$\Omega_{\rm g}$未观测到显著演化，尽管恒星形成仍在持续进行。
• $\Omega_{\rm g}$的非演化表明，仅靠恒星形成无法解释观测到的气体储库，必须存在额外机制，如电离气体的再复合或外部气体吸积。
• 高分辨率的UVES数据使$N_{{\rm H}{\rm I}}$的测量精度达到log $N_{{\rm H}{\rm I}} = 19.0$ cm$^{-2}$，证实了高红移处存在显著数量的亚-DLAs。

Figure 2: Flowchart describing the building of the combined sub-DLA sample. For quasars in common with previous sub-DLA samples and the work presented here, we used $N_{{\rm H}\,{\sc\rm I}}$ and the redshift path from this work.