[论文解读] The MUSE Hubble Ultra Deep Field Survey VIII : Extended Lyman-alpha haloes around high-redshift star-forming galaxies

Floriane Leclercq, Roland Bacon+18 more|arXiv (Cornell University)|Oct 27, 2017

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 87被引用 70

一句话总结

本研究在 MUSE UDF 中检测并表征约 145 例高红移恒星形成星系的扩展 Lyα 暗圈，使用两分量指数模型来量化暗圈尺寸和通量贡献。

ABSTRACT

We report the detection of extended Lyman-alpha (Lya) haloes around 145 individual star-forming galaxies at redshifts 3 M_{UV}> -22) Lya emitters (LAEs). Using a 2D, two-component decomposition of Lya emission assuming circular exponential distributions, we measure scale lengths and luminosities of Lya haloes. We find that 80% of our objects having reliable Lya halo measurements show Lya emission that is significantly more extended than the UV continuum detected by HST (by a factor ~4 to >20). The median exponential scale length of the Lya haloes in our sample is ~4.5 kpc. By comparing the maximal detected extent of the Lya emission with the predicted dark matter halo virial radii of simulated galaxies, we show that the detected Lya emission of our selected sample of LAEs probes a significant portion of the cold circum-galactic medium (CGM) of these galaxies (>50% in average). This result shows that there must be significant HI reservoirs in the CGM and reinforces the idea that Lya haloes are ubiquitous around high-redshift Lya emitting galaxies. Our characterization of the Lya haloes indicates that the majority of the Lya flux comes from the halo (~65%) and that their scale lengths seem to be linked to the UV properties of the galaxies. We do not observe a significant Lya halo size evolution with redshift. We also find that the Lya lines cover a large range of full width at half maximum (FWHM) from 118 to 512 km/s. While the FWHM does not seem to be correlated to the Lya scale length, most compact Lya haloes and those that are not detected with high significance tend to have narrower Lya profiles. Finally, we investigate the origin of the extended Lya emission but we conclude that our data do not allow us to disentangle the possible processes.

研究动机与目标

• 激发对高红移恒星形成星系周围环星际介质（CGM）的理解。
• 量化 Lyα 暗圈相对于紫外连续体的空间尺度和通量贡献。
• 研究 Lyα 暗圈属性与宿主紫外性质和红移之间的关系。
• 评估扩展 Lyα 发射的线轮廓多样性及可能机制。

提出的方法

• 从 MUSE 数据立方体构建 Lyα 窄带图像，并从 HST 对应影像获取 UV 连续体图像。
• 对 Lyα 发射执行二维两分量指数拟合，其中核心分量的 Halo 尺度长度固定为 UV 连续体的尺度长度。
• 将模型与 MUSE 的点扩散函数（PSF）卷积后拟合 Lyα 图像，提取 halo 尺度长度以及核心/暗圈通量。
• 通过噪声实现和空区域测试估计不确定性，以推导 halo 和 core 尺度的误差。
• 通过信噪比（S/N）模拟和基于 PSF 的尺寸限制来界定检测极限，以评估可靠的 halo 测量。

实验结果

研究问题

• RQ1 在 MUSE UDF 中，高红移星形成星系的扩展 Lyα 发射的普遍性如何？
• RQ2 Lyα 暗圈的尺寸和通量分布与 UV 连续体以及 Lyα 光度相比如何？
• RQ3 Lyα 线轮廓的范围是多少，是否与暗圈属性相关？
• RQ4 扩展的 Lyα 发射是否可归因于散射、荧光、冷却辐射或卫星贡献？

主要发现

• 大约 145 颗星系显示出统计显著的 Lyα 暗圈，约占可可靠样本的 80%。
• 中位 Lyα 暗圈指数尺度长度约为 4.5 kpc，部分暗圈超过 10 kpc。
• 约 65% 的总 Lyα 通量来自暗圈分量，而非中心核心。
• Lyα 暗圈通常比 UV 连续体更扩展，其尺寸与宿主星系的 UV 属性相关。
• Lyα 线宽从 ~118 到 ~512 km s−1 变化，较窄的线轮廓与紧凑或较不显著的暗圈相关。
• 在所取样范围内，没有强烈证据表明暗圈尺寸随红移演化。