[论文解读] The Origin of \lya Absorption Systems at $z>1$---Implications from the Hubble Deep Field

Hsiao‐Wen Chen, Kenneth M. Lanzetta+1 more|arXiv (Cornell University)|Dec 6, 1999

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena被引用 8

一句话总结

本研究利用哈勃深空场星系星表，将高红移星系性质与Lyα吸收体系统关联。通过结合星系面密度与气体扩展范围的经验测量，预测星系的延伸气体包层可解释z > 1范围内等效宽度W ≥ 0.32 Å的Lyα吸收体系统的至少50%至高达100%，表明星系在广泛红移范围内是这些吸收体的主要来源。

ABSTRACT

The Hubble Deep Field images have provided us with a unique chance to relate statistical properties of high-redshift galaxies to statistical properties of \lya absorption systems. Combining an {\em empirical} measure of the galaxy surface density versus redshift with an {\em empirical} measure of the gaseous extent of galaxies, we predict the number density of \lya absorption systems that originate in extended gaseous envelopes of galaxies versus redshift. We show that at least 50% and as much as 100% of observed \lya absorption systems of $W\apg0.32$ \AA can be explained by extended gaseous envelops of galaxies. Therefore, we conclude that known galaxies of known gaseous extent must produce a significant fraction and perhaps all of \lya absorption systems over a large redshift range.

研究动机与目标

• 通过将它们与已知星系关联，确定高红移Lyα吸收体系统（z > 1）的起源。
• 检验星系的延伸气体包层是否可解释观测到的Lyα吸收体数密度。
• 评估该结论对潜在演化效应（如暗弱星系演化和气体范围演化）的稳健性。
• 校正观测偏差（如星系团聚和谱线混合）对吸收线计数的影响。

提出的方法

• 利用哈勃深空场（HDF）星表中的测光红移和星系面密度，测量单位共动体积内的星系数密度。
• 利用Chen等人（1998年）的数据，经验性地建立星系B波段光度与气体范围的关系（R ∝ LB^0.39）。
• 应用预测模型：n(z) = (1/Ω) × (1/(z₂−z₁)) × Σ[πR²(LBi)/DA²(zi)]，其中DA为角直径距离。
• 通过外推光度函数并改变暗端斜率（α = −1.4 至 −1.6），校正未检测到的暗弱星系。
• 利用两点相关函数（ξ(r,z) ∝ (r/r₀)^−γ(1+z)^{−(3+ε)}）评估星系团聚效应，估算200 kpc内及Δv = 250或75 km/s范围内的邻近星系。
• 比较预测的吸收体系统数密度与观测值，考虑光谱分辨率和谱线混合的影响。

实验结果

研究问题

• RQ1 高红移星系的延伸气体包层能否解释z > 1范围内观测到的Lyα吸收体系统数密度？
• RQ2 星系对Lyα吸收的贡献如何随红移变化，特别是在z > 2时？
• RQ3 演化效应（如暗弱星系演化或气体范围变化）在多大程度上改变预测的吸收体计数？
• RQ4 星系团聚和谱线混合如何影响源自星系晕的吸收体比例的推断？

主要发现

• 光度LB ≥ 0.05 LB*的星系可解释z > 2时约50%的观测Lyα吸收体系统。
• 光度LB ≥ 0.03 LB*的星系可解释1 < z < 2红移范围内所有Lyα吸收体系统。
• 在对HDF探测阈值以下的暗弱星系进行校正后，该模型可解释z > 2.0时70%的观测Lyα吸收体系统，甚至可能解释全部。
• 当光度函数的暗端斜率更陡（α = −1.6 vs. −1.4）时，预测的吸收体数密度最多增加0.3 dex，使预测值更接近观测值。
• 在考虑光度后，W与ρ负相关关系的残差中未发现红移依赖性，支持气体范围不随红移减小。
• 星系团聚效应在z < 2时最多使预测吸收体数增加四倍，但在z > 2时可忽略不计，表明源自星系包层的吸收体比例仍具显著性。