[论文解读] The VIMOS Ultra-Deep Survey: the Ly$α$ emission line morphology at $2 < z < 6$

B. Ribeiro, O. Le Fèvre+21 more|arXiv (Cornell University)|Jul 2, 2020

Particle Detector Development and Performance被引用 6

一句话总结

本研究利用深度VIMOS超深巡天（VUDS）2D光谱，分析了红移2 < z < 6的914个星系形成星系中Lyman-alpha（Lyα）发射的空间形态。研究识别出三种主要Lyα形态类别——一致、扩展和偏移，发现扩展发射体具有最高的Lyα等效宽度（W_Lyα ≈ -22 Å）、较低质量、较低恒星形成率、较少尘埃以及更小的紫外大小，表明它们最能代表窄波段巡天中选择的高等效宽度Lyα发射体（LAEs）。

ABSTRACT

The Lyman-$α$ (Ly$α$) emission line has been ubiquitously used to confirm and study high redshift galaxies. We report on the line morphology as seen in the 2D spectra from the VIMOS Ultra Deep Survey in a sample of 914 Ly$α$ emitters from a parent sample of 4192 star-forming galaxies at $2

研究动机与目标

• 表征高红移星系（2 < z < 6）中Lyα发射相对于紫外连续谱的空间形态。
• 理解Lyα发射特性与质量、恒星形成率、尘埃含量及紫外大小等物理参数的关系。
• 探讨Lyα形态对Lyα光子逃逸及窄波段巡天中观测选择偏差的影响。
• 探索偏移Lyα发射背后的物理机制，包括气体吸积或并合活动。
• 评估星际介质（ISM）吸收线在不同形态类别中对Lyα轮廓形状的影响。

提出的方法

• 利用VIMOS超深巡天（VUDS）的2D光谱测量4,192个星系形成星系中Lyα发射相对于紫外连续谱的空间分布。
• 将Lyα发射分类为四类：不存在、一致、扩展或相对于紫外连续谱存在空间偏移。
• 对每类形态进行谱叠加，分析ISM吸收线强度与速度偏移。
• 测量紫外连续谱大小（r50），并将其与Lyα发射的存在性及形态相关联。
• 量化各类别中的Lyα等效宽度（W_Lyα）与尘埃含量，以评估光子逃逸效率与选择偏差。
• 利用双对数正态分布拟合分析偏移分布，推断物理机制如小质量并合或团块吸积。

实验结果

研究问题

• RQ1 在红移2 < z < 6的高红移星系中，Lyα发射相对于紫外连续谱的空间分布如何？
• RQ2 Lyα形态类别之间在物理属性（质量、SFR、尘埃、尺寸）上存在哪些差异？
• RQ3 为何扩展Lyα发射体在窄波段巡天中占主导地位？何种物理条件有利于其选择？
• RQ4 Lyα发射为何会相对于紫外连续谱发生偏移？这对星系动力学有何启示？
• RQ5 ISM吸收线如何与不同形态类别中Lyα轮廓形状及等效宽度相关联？

主要发现

• 45%的Lyα发射体表现出一致发射，24%为扩展形态，11%相对于紫外连续谱存在空间偏移。
• 扩展Lyα发射体具有最高的平均Lyα等效宽度（W_Lyα ≈ -22 Å），因此在窄波段选中样本中最为常见。
• 与其它类别相比，扩展发射体质量更小、恒星形成率更低、尘埃含量更少，且紫外连续谱大小更小（r50 ≈ 0.9 kpc）。
• 紫外尺寸更大的星系中Lyα发射体的比例更低，表明Lyα逃逸特性具有尺寸依赖性。
• 较弱的Lyα发射体表现出更强的低电离ISM吸收线，表明其具有更高的光学厚度或更致密的气体。
• 偏移Lyα发射体（中位分离距离1.1+1.3/-0.8 kpc）表现出Lyα与ISM线之间最大的速度偏移，暗示存在持续的吸积或并合活动。