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

E. C. Herenz, Pieter Gruyters+20 more|Lund University Publications (Lund University)|Nov 17, 2015

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 143被引用 28

一句话总结

本研究利用卡拉斯托天文台的积分场光谱仪，对14个莱曼阿尔法参考样本星系进行了空间分辨的Hα速度场研究，揭示了与正在进行的相互作用相关的复杂电离气体动力学。主要发现包括高色散速度、不对称线轮廓以及表明存在多个气体组分的运动学解耦现象，其中LARS 13表现出173 km s⁻¹的速度剪切，而LARS 14则显示出与外流一致的宽Hα轮廓。

ABSTRACT

We present integral field spectroscopic observations with the Potsdam Multi Aperture Spectrophotometer of all 14 galaxies in the $z\sim 0.1$ Lyman Alpha Reference Sample (LARS). We produce 2D line of sight velocity maps and velocity dispersion maps from the Balmer $α$ (H$α$) emission in our data cubes. These maps trace the spectral and spatial properties of the LARS galaxies' intrinsic Ly$α$ radiation field. We show our kinematic maps spatially registered onto the Hubble Space Telescope H$α$ and Lyman $α$ (Ly$α$) images. Only for individual galaxies a causal connection between spatially resolved H$α$ kinematics and Ly$α$ photometry can be conjectured. However, no general trend can be established for the whole sample. Furthermore, we compute non-parametric global kinematical statistics -- intrinsic velocity dispersion $σ_0$, shearing velocity $v_\mathrm{shear}$, and the $v_\mathrm{shear}/σ_0$ 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). $v_\mathrm{shear}/σ_0$ values range from 0.5 to 3.2 with an average of 1.5. Noteworthy, five galaxies of the sample are dispersion dominated systems with $v_\mathrm{shear}/σ_0 <1$ and are thus kinematically similar to turbulent star forming galaxies seen at high redshift. When linking our kinematical statistics to the global LARS Ly$α$ properties, we find that dispersion dominated systems show higher Ly$α$ equivalent widths and higher Ly$α$ escape fractions than systems with $v_\mathrm{shear}/σ_0 > 1$. Our result indicates that turbulence in actively star-forming systems is causally connected to interstellar medium conditions that favour an escape of Ly$α$ radiation.

研究动机与目标

• 利用Hα发射线研究莱曼阿尔法参考样本星系中电离气体的空间分辨运动学。
• 理解Hα运动学与星暴星系中莱曼阿尔法逃逸之间的关联。
• 通过速度梯度和不对称线轮廓识别正在进行的相互作用和外流的迹象。
• 与先前的自适应光学观测结果进行比较，评估视宁度受限数据的局限性。

提出的方法

• 在卡拉斯托西班牙-德国天文中心（CAHA）的卡拉斯托天文台，利用积分场光谱仪（IFS）获取了空间分辨的Hα发射线数据。
• 通过高斯拟合Hα轮廓，映射了视线速度（v_LOS）和速度色散（σ）在星系中的分布。
• 通过不对称和双峰线轮廓的空间与光谱分析，识别了运动学亚结构。
• 与先前的自适应光学Paschen-α IFS观测结果进行比较，以评估空间分辨率和信噪比的限制。
• 使用速度剪切（v_shear）和速度色散比（v_shear/σ₀）量化运动学解耦和湍流程度。
• 应用空间掩膜和诊断区域（例如图7中的斜线矩形）以隔离复杂的运动学区域。

实验结果

研究问题

• RQ1 莱曼阿尔法参考样本星系中电离气体运动学的空间分布如何？其与莱曼阿尔法逃逸有何关联？
• RQ2 不对称或双峰Hα轮廓是否指示这些系统中存在多个运动学组分或外流？
• RQ3 在相互作用区域中，速度梯度和色散如何变化？它们揭示了系统的何种动力学状态？
• RQ4 视宁度受限的IFS观测在运动学测量中在多大程度上能再现或与高分辨率自适应光学数据相匹配？
• RQ5 正在进行的相互作用在塑造这些星暴星系中电离气体运动学和莱曼阿尔法发射方面起什么作用？

主要发现

• LARS 13在其北部分量中表现出173 km s⁻¹的显著速度梯度，复杂的运动学特征表明存在重叠的纵向和横向气体结构。
• 在LARS 13中，Hα轮廓呈不对称，西北重叠区域具有延伸的蓝翼，表明存在多个运动学组分，单高斯拟合无法捕捉。
• 东部区域的光谱元呈现出宽带速度色散的对角线模式，暗示两个拉长气体结构之间存在运动学解耦。
• LARS 14在主成分中表现出高色散速度（σ ≈ 175 km s⁻¹）和宽Hα轮廓，表明存在外流的电离气体，符合绿豌豆星系的特征。
• LARS 14中速度剪切与速度色散比（v_shear/σ₀ = 0.6 ± 0.1）与先前自适应光学研究结果一致，但若仅考虑北部分量则数值较低。
• 在LARS 13中，莱曼阿尔法光度较低（L_Lyα = 7 × 10⁴¹ erg s⁻¹），仅有1%的莱曼阿尔法光子逃逸，莱曼阿尔法等效宽度较窄（6 Å），表明在窄带巡天中不会被选为高红移莱曼阿尔法发射体。