[论文解读] The second detection of CO at redshift larger than 4

S. Guilloteau, A. Omont+3 more|arXiv (Cornell University)|Nov 9, 1997

Atmospheric and Environmental Gas Dynamics被引用 4

一句话总结

本文报告了在红移 z > 4 的情况下第二次检测到一氧化碳（CO）发射，具体为使用3毫米IRAM干涉仪在红移 z=4.41 的射电宁静类星体 BRI1335-0415 中探测到 J=5-4 跃迁。研究测得积分线强度为 2.8±0.3 Jy km s⁻¹，线宽为 420±60 km s⁻¹，1.35 毫米连续谱流量为 5.6±1.1 mJy，表明分子气体质量约为 10¹¹ 太阳质量，且无强烈引力透镜效应或扩展发射的证据。

ABSTRACT

We report the detection with the IRAM interferometer at 3mm of J=5-4 CO line in the radio quiet quasar BRI1335-0415 at redshift of z=4.41. After BR1202-0725 at z=4.69 (Ohta etal 1996, Omont etal 1996a), this is the second detection of CO at z>3. The integrated line intensity is 2.8+-0.3 Jy km s^{-1} with a linewidth of 420+-60 km s^{-1}. The dust continuum emission has also been mapped at 1.35mm. The 1.35mm flux is found to be 5.6+-1.1mJy. The ratio of the CO to 1.35mm continuum flux is slightly larger than for BR1202-0725. Contrary to the case of BR1202-0725, there is only marginal evidence of extension of the 1.35mm continuum and 3mm CO emission. In the absence of gravitational lensing, for which there is no a priori evidence, and within the uncertainties of the CO to M(H_2) conversion factors, the mass of molecular gas M(H_2) could be 10^{11} solar masses.

研究动机与目标

• 在射电宁静类星体中探测红移 z > 4 的 CO 发射，以扩展已知的高红移分子气体储库样本。
• 利用 CO 线和尘埃连续谱测量约束高红移类星体中的分子气体质量。
• 评估引力透镜存在的可能性，因为其可能放大观测到的流量并扭曲质量估计。
• 将 BRI1335-0415 的 CO 与尘埃连续谱流量比与此前探测到的 z=4.69 类星体 BR1202-0725 进行比较。
• 通过分子气体含量评估对早期大质量星系形成与演化的影响。

提出的方法

• 使用 IRAM 干涉仪在 3 毫米波段观测 CO J=5-4 转动能级，以探测 BRI1335-0415 中的分子气体发射。
• 在 1.35 毫米波段测绘尘埃连续谱发射，以确定其静止系远红外光度和尘埃质量。
• 测量积分线强度和线宽，利用标准的 CO 到 H₂ 转换因子推断总分子气体质量。
• 比较 CO 线流量与 1.35 毫米连续谱流量，以评估 CO 与尘埃比值及其对源几何结构和放大的影响。
• 评估 CO 和尘埃发射的空间扩展程度，以检验是否存在引力透镜效应，后者会导致扩展或多重成分。
• 利用 CO 光度和标准转换因子估算总分子氢质量 M(H₂)，假设不存在透镜效应。

实验结果

研究问题

• RQ1 在红移 z=4.41 的高红移类星体 BRI1335-0415 中，CO J=5-4 线所追踪的分子气体含量是多少？
• RQ2 观测到的 CO 和尘埃发射是否具有空间扩展，表明可能存在引力透镜效应？
• RQ3 BRI1335-0415 中的 CO 与尘埃连续谱流量比与此前探测到的 z=4.69 类星体 BR1202-0725 相比如何？
• RQ4 BRI1335-0415 中推断的分子气体质量是多少，与其他高红移系统相比如何？
• RQ5 缺乏强透镜效应证据对气体质量与光度解释有何影响？

主要发现

• 在红移 z=4.41 的 BRI1335-0415 中，于 3 毫米波段检测到 CO J=5-4 线，积分强度为 2.8±0.3 Jy km s⁻¹。
• 该线的半高全宽为 420±60 km s⁻¹，表明具有较宽的发射轮廓。
• 1.35 毫米尘埃连续谱流量测量值为 5.6±1.1 mJy，与尘埃丰富、恒星形成活跃的环境一致。
• CO 线流量与 1.35 毫米连续谱流量之比略高于此前在 z=4.69 类星体 BR1202-0725 中观测到的比值。
• 在 CO 或尘埃连续谱发射中仅存在微弱的空间扩展证据，表明无强烈的引力透镜效应。
• 在无透镜效应且采用标准 CO 到 H₂ 转换因子的前提下，分子气体质量估计约为 10¹¹ 太阳质量。