[论文解读] The Lyman alpha reference sample VII. Spatially resolved H alpha kinematics

E. C. Herenz, Pieter Gruyters+20 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2016

Astronomy and Astrophysical Research被引用 24

一句话总结

本研究利用波茨坦多孔径光谱仪（Potsdam Multi-Aperture Spectrograph）对红移 z ~ 0.1 的莱曼阿尔法参考样本（Lyman Alpha Reference Sample）中14个星系进行了积分场光谱观测，获得了空间分辨的Hα速度场动力学。结果表明，以弥散为主导的系统（vshear/σ₀ < 1）表现出更高的莱曼阿尔法等效宽度和逃逸率，表明星际介质中的湍流可增强莱曼阿尔法辐射的逃逸，动力学统计量是星暴星系中莱曼阿尔法辐射转移条件的关键指标。

ABSTRACT

We present integral field spectroscopic observations with the Potsdam Multi-Aperture Spectrophotometer of all 14 galaxies in the z similar to 0.1 Lyman Alpha Reference Sample (LARS). We produce 2D line-of-sight velocity maps and velocity dispersion maps from the Balmer alpha (H alpha) emission in our data cubes. These maps trace the spectral and spatial properties of the LARS galaxies' intrinsic Ly alpha radiation field. We show our kinematic maps that are spatially registered onto the Hubble Space Telescope H alpha and Lyman alpha (Ly alpha) images. We can conjecture a causal connection between spatially resolved H alpha kinematics and Ly alpha photometry for individual galaxies, however, no general trend can be established for the whole sample. Furthermore, we compute the intrinsic velocity dispersion sigma(0), the shearing velocity v(shear), and the v(shear)/sigma(0) ratio from our kinematic maps. In general LARS galaxies are characterised by high intrinsic velocity dispersions (54 km s(-1) median) and low shearing velocities (65 km s(-1) median). The v(shear/sigma 0) values range from 0.5 to 3.2 with an average of 1.5. It is noteworthy that five galaxies of the sample are dispersion-dominated systems with v(shear)/sigma(0) &lt; 1, and are thus kinematically similar to turbulent star-forming galaxies seen at high redshift. When linking our kinematical statistics to the global LARS Ly alpha properties, we find that dispersion-dominated systems show higher Ly alpha equivalent widths and higher Ly alpha escape fractions than systems with v(shear)/sigma(0) &gt; 1. Our result indicates that turbulence in actively star-forming systems is causally connected to interstellar medium conditions that favour an escape of Ly alpha radiation.

研究动机与目标

• 研究本地星暴星系中Hα发射线的空间分辨动力学，以理解其本征莱曼阿尔法辐射场。
• 确定Hα动力学与全样本LARS中莱曼阿尔法测光之间是否存在相关性。
• 量化全局动力学统计量（σ₀, vshear, vshear/σ₀）并将其与莱曼阿尔法性质关联，以评估其在辐射转移中的作用。
• 评估湍流与剪切对高红移类星系中莱曼阿尔法逃逸率和等效宽度的影响。

提出的方法

• 利用波茨坦多孔径光谱仪（Potsdam Multi-Aperture Spectrograph, PMAS）获取莱曼阿尔法参考样本（LARS）中全部14个星系的积分场光谱（IFS）数据。
• 基于空间分辨的Hα发射线轮廓，生成视线速度（vLOS）和本征速度弥散（σ₀）的二维图。
• 采用高斯拟合对空间像素（spaxels）中的Hα轮廓进行建模，并使用Voronoi重采样以提高信噪比。
• 计算非参数化的全局动力学统计量：本征速度弥散（σ₀）、剪切速度（vshear）及比值 vshear/σ₀。
• 将动力学图与哈勃空间望远镜（Hubble Space Telescope, HST）的Hα和莱曼阿尔法图像进行空间配准，以实现直接的形态学对比。
• 将动力学统计量与全局莱曼阿尔法性质（等效宽度和逃逸率）进行相关分析，以识别莱曼阿尔法辐射转移的物理驱动因素。

实验结果

研究问题

• RQ1 在全样本LARS中，是否存在空间分辨的Hα动力学与莱曼阿尔法测光之间的普遍相关性？
• RQ2 全局动力学统计量（σ₀, vshear, vshear/σ₀）在LARS星系中如何变化？它们揭示了内部动力学的哪些信息？
• RQ3 动力学主导类型（弥散主导 vs. 剪切主导）与莱曼阿尔法逃逸特性（等效宽度和逃逸率）之间存在何种关系？
• RQ4 星际介质中的湍流在多大程度上影响了星暴星系中观测到的莱曼阿尔法辐射场？

主要发现

• LARS样本中有5个星系为弥散主导，vshear/σ₀ < 1，表明其动力学特性与高红移湍流星暴星系相似。
• 样本中本征速度弥散（σ₀）的中位数为54 km s⁻¹，剪切速度（vshear）的中位数为65 km s⁻¹。
• vshear/σ₀的平均比值为1.5，样本内取值范围为0.5至3.2。
• 弥散主导系统（vshear/σ₀ < 1）的莱曼阿尔法等效宽度和逃逸率显著高于剪切主导系统。
• Hα动力学图显示复杂的速度梯度和升高的速度弥散，尤其在相互作用星系（如LARS 13）中，可分辨出多个动力学组分。
• 在LARS 14中观测到宽Hα轮廓翼，表明存在外流，与该星系被分类为绿豌豆星系及莱曼连续辐射泄漏体一致，其 vshear/σ₀ = 0.6 ± 0.1。