[论文解读] The Space Density of Redshift 5.7 Ly-Alpha Emitters

Crystal L. Martin, Marcin Sawicki|arXiv (Cornell University)|Oct 29, 2003

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena被引用 27

一句话总结

本研究利用凯克I望远镜的多缝隙光窗技术，首次对红移z=5.7时的Lyα发射体空间密度给出了光谱约束。尽管检测到九个发射线天体，但均未被确认为高红移Lyα发射体，表明从z≈3到z≈5.7期间，Lyα光度函数或数量密度未发生显著演化。

ABSTRACT

We present results from a blind, spectroscopic search for redshift 5.7 LyA emission-line galaxies at Keck I. Using a band-limiting filter and custom slitmask, the LRIS detector was covered with low resolution spectra in the 8100 - 8250 A atmospheric window which contains no bright night sky emission lines. Nine objects with line fluxes greater than our flux limit of 6e-18 erg/s/cm2 were found in the ~5.1 square arcminute field. Follow up observations indicate none of these are z=5.7 LyA emitters -- a result which places strong limits on evolution scenarios for LyA emitters between redshift 3 and redshift 5.7. In particular, the paucity of z=5.7 LyA emitters raises the question of whether the LyA -selected population plays a significant role in maintaining the ionization of the intergalactic medium at z = 5.7. We argue that if the escape fraction of LyA from galaxies is less than $0.4 f_{LyC}$, where $f_{LyC}$ is the escape fraction of Lyman continuum photons, then the star formation rate in the \lya emitting population is high enough in the no-evolution model (our upper limit) to maintain the ionization of the IGM at z=5.7.

研究动机与目标

• 测量红移z=5.7时Lyα发射体的空间密度，该红移是再电离时期的关键阶段。
• 检验z≈5.7时的Lyα光度函数是否与z≈3时（Lyα发射体已得到良好约束）相比发生显著演化。
• 评估Lyα发射星系在z≈5.7时维持宇宙大尺度介质电离状态的作用。
• 评估多缝隙光窗技术在探测暗弱、高红移发射线星系方面的有效性。
• 将真正的高红移Lyα发射体与前景混淆体区分开来，特别是金属丰度较低的发射线星系。

提出的方法

• 利用凯克I望远镜上的LRIS仪器，通过定制的多缝隙光罩对约5.1平方角分的区域进行了盲式光谱调查。
• 针对8100–8250 Å的大气窗口进行观测，该窗口缺乏强夜天光发射线，以最小化背景噪声。
• 使用带宽限制滤光片，将红移至z=5.7的Lyα线（本征波长1215 Å）隔离在观测到的8200 Å窗口内。
• 设定通量检测阈值为6×10⁻¹⁸ erg s⁻¹ cm⁻²，以识别候选Lyα发射体。
• 通过后续光谱观测识别连续谱断点和额外发射线，以排除前景混淆体。
• 将观测到的Lyα线通量与星等（如r−i、i−z）进行比较，以区分高红移Lyα发射体与低红移污染源。

实验结果

研究问题

• RQ1 z=5.7时Lyα发射体的空间密度是多少？其与z≈3–4时的Lyα光度函数相比如何？
• RQ2 从z≈3到z≈5.7，Lyα发射体的特征光度（L*）或数量密度（φ*）是否发生显著演化？
• RQ3 假设典型的Lyα逃逸率，仅靠Lyα发射体群体能否维持z≈5.7时的IGM电离状态？
• RQ4 与窄带成像或星系dropout巡天相比，多缝隙光窗技术在探测暗弱、高红移发射线星系方面的有效性如何？
• RQ5 哪些类型的前景混淆体最常模拟高红移Lyα发射体？如何可靠地将其排除？

主要发现

• 在5.1平方角分的观测区域内，尽管通量阈值为6×10⁻¹⁸ erg s⁻¹ cm⁻²，仍未检测到任何确认的z=5.7 Lyα发射体。
• 该非检测结果与无演化假设基本一致，表明z=5.7时的Lyα光度函数并未显著比z≈3时更明亮。
• 该零结果排除了从z≈3到z≈5.7期间L*亮度增加超过1.7倍的可能性。
• 该零结果同样排除了在此红移区间内Lyα发射体数量密度增加超过2.2倍的可能性。
• 为维持z≈5.7时IGM的电离状态，Lyα逃逸分数的上限小于0.4f_LyC，其中f_LyC为Lyman连续谱逃逸分数。
• 极低金属丰度的前景发射线星系是最难识别的混淆体，因其缺乏强连续谱断点。