[论文解读] The Lyman alpha reference sample: IV. Morphology at low and high redshift

L. Guaita, Jens Melinder+4 more|arXiv (Cornell University)|Jan 10, 2015

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 81被引用 27

一句话总结

本研究分析低红移莱曼阿尔法发射体（LARS星系）的形态，以理解莱曼阿尔法光子逃逸机制。利用哈勃空间望远镜成像，研究量化表明莱曼阿尔法发射比连续谱光更紧凑且更集中于星系中心，形成围绕星形成区的晕状结构；然而，没有单一形态学特征能唯一决定莱曼阿尔法发射，且高红移模拟显示，由于深度和分辨率限制，这些星系在当前的莱曼阿尔法巡天中会显得很暗。

ABSTRACT

We measured the sizes and morphological parameters of LARS galaxies in the continuum, Lya, and Ha images. We studied morphology by using the Gini coefficient vs M20 and asymmetry vs concentration diagrams. We then simulated LARS galaxies at z~2 and 5.7, performing the same morphological measurements. We also investigated the detectability of LARS galaxies in current deep field observations. The subsample of LAEs within LARS (LARS-LAEs) was stacked to provide a comparison to stacking studies performed at high redshift. LARS galaxies have continuum size, stellar mass, and rest-frame absolute magnitude typical of Lyman break analogues in the local Universe and also similar to 2

研究动机与目标

• 表征本地莱曼阿尔法发射体（LAEs）的本征紫外和光学形态，作为高红移星形成星系的类比。
• 量化莱曼阿尔法发射形态与星暴星系中连续谱和Hα发射形态的差异。
• 对LARS星系在z ~ 2和z ~ 5.7进行模拟，以评估其在当前深场巡天中的可探测性。
• 探究形态学特征（如不对称性、集中度或团块性）是否控制莱曼阿尔法逃逸。
• 比较LARS中莱曼阿尔法发射体与非莱曼阿尔法发射体的叠加莱曼阿尔法轮廓，以分离莱曼阿尔法发射的结构特征。

提出的方法

• 在11个LARS星系的哈勃空间望远镜图像中测量连续谱、莱曼阿尔法和Hα的尺寸及形态参数（Gini、M20、不对称性、集中度）。
• 使用Gini与M20图以及不对称性与集中度图来分类星系形态，并比较LAEs与非LAEs。
• 使用本征紫外和莱曼阿尔法图像，对LARS星系在z ~ 2和z ~ 5.7进行模拟，应用仪器效应（PSF、噪声、分辨率）以模拟真实巡天。
• 对LARS-LAEs和所有LARS星系进行莱曼阿尔法图像叠加，以比较高红移时的表面亮度轮廓。
• 对图像进行重采样和重网格化，以匹配高红移巡天的深度和分辨率，测试可探测性阈值。
• 分析背景噪声和分辨率对浅层巡天中椭圆度和团块性的影像。

实验结果

研究问题

• RQ1 本地LARS星系中莱曼阿尔法发射的形态与它们的本征紫外和Hα形态相比如何？
• RQ2 LARS-LAEs与样本中非LAEs相比是否表现出独特的形态学特征（如对称性、集中度）？
• RQ3 LARS星系在当前深场莱曼阿尔法巡天中于z ~ 2和z ~ 5.7的可探测性如何？
• RQ4 浅层巡天的深度和分辨率如何影响莱曼阿尔法发射的测量形态参数（如椭圆度、团块性）？
• RQ5 LARS-LAEs与全样本LARS星系的叠加莱曼阿尔法轮廓差异的原因是什么？

主要发现

• LARS星系的连续谱尺寸、恒星质量与绝对星等均与本地莱曼断裂类星系及2 < z < 3星形成星系典型。
• LARS-LAEs在莱曼阿尔法波段比在紫外连续谱中更紧凑且更集中于中心，表明在HII区周围形成了莱曼阿尔法晕。
• LARS-LAEs的莱曼阿尔法发射比非LAEs更对称且更集中，而非LAEs则表现出更斑驳、更不规则的莱曼阿尔法形态。
• 在z ~ 2和z ~ 5.7模拟的LARS星系在紫外连续谱中可探测，但在当前莱曼阿尔法巡天中难以探测，原因在于深度和分辨率限制。
• LARS-LAEs的叠加莱曼阿尔法图像显示为尖峰状、中心集中轮廓，而全LARS星系的叠加图像则更弥散且不规则，这是由于尘埃和中性氢分布多样所致。
• LARS星系中莱曼阿尔法晕轮廓的斜率比z ~ 2时更陡，与z ~ 5.7观测结果相当，表明LARS探测到的ISM结构尺度小于高红移巡天所覆盖的尺度。