[论文解读] Transverse Sizes of CIV Absorption Systems Measured from Multiple QSO Sightlines

Crystal L. Martin, Evan Scannapieco+4 more|arXiv (Cornell University)|Jul 15, 2010

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 2被引用 38

一句话总结

本研究利用双星类星体的摄谱仪光谱，测量了高红移（z ~ 1.7–4.5）宇宙网中C IV吸收、富含金属的区域的横向尺度。通过分析相距36–907 kpc的多个视线方向上C IV系统之间的团聚特征，发现其特征横向尺度为 $0.42 \pm 0.15\, h^{-1}$ 光年共动Mpc，揭示了星系晕中金属富集的物理范围，并约束了z ~ 1.7–4.5时金属喷流速度和富集 timescale。结果表明，金属富集发生在z ≥ 4.3之前，可能由早期星系或大质量恒星驱动。

ABSTRACT

We present tomography of the circum-galactic metal distribution at redshift 1.7 to 4.5 derived from echellete spectroscopy of binary quasars. We find CIV systems at similar redshifts in paired sightlines more often than expected for sightline-independent redshifts. As the separation of the sightlines increases from 36 kpc to 907 kpc, the amplitude of this clustering decreases. At the largest separations, the CIV systems cluster similar to Lyman-break galaxies (Adelberger et al. 2005a). The CIV systems are significantly less correlated than these galaxies, however, at separations less than R_1 ~ 0.42 +/- 0.15 h-1 comoving Mpc. Measured in real space, i.e., transverse to the sightlines, this length scale is significantly smaller than the break scale estimated from the line-of-sight correlation function in redshift space (Scannapieco et al. 2006a). Using a simple model, we interpret the new real-space measurement as an indication of the typical physical size of enriched regions. We adopt this size for enriched regions and fit the redshift-space distortion in the line-of-sight correlation function. The fitted velocity kick is consistent with the peculiar velocity of galaxies as determined by the underlying mass distribution and places an upper limit on the outflow (or inflow) speed of metals. The implied time scale for dispersing metals is larger than the typical stellar ages of Lyman-break galaxies (Shapley et al. 2001), and we argue that enrichment by galaxies at z > 4.3 played a greater role in dispersing metals. To further constrain the growth of enriched regions, we discuss empirical constraints on the evolution of the CIV correlation function with cosmic time. This study demonstrates the potential of tomography for measuring the metal enrichment history of the circum-galactic medium.

研究动机与目标

• 测量高红移时星系晕介质（CGM）中富金属区域的物理横向尺度。
• 通过测量C IV吸收线系统的空间团聚特征，约束星际金属富集的时间尺度和起源。
• 通过聚焦于空间尺度而非质量密度，降低对气体密度和电离场演化变化的敏感性。
• 通过将观测到的尺度与理论模型比较，检验金属富集是否由早期星系或大质量恒星驱动。

提出的方法

• 利用双星类星体的摄谱仪光谱，获取通过同一大尺度结构的多个、紧密间隔的视线方向。
• 测量C IV吸收线系统随视线方向之间横向距离（36–907 kpc）变化的团聚特征。
• 采用真实空间相关函数以分离横向团聚特征，最小化视线速度偏移引起的红移空间畸变。
• 应用Landy-Szalay估计量，从观测到的吸收线系统与随机样本目录中计算相关函数。
• 将观测到的横向相关函数与简单模型拟合，推断富集区域的物理尺度。
• 利用推导出的尺度约束金属的速度弥散，给出金属喷流/流入速度的上限。

实验结果

研究问题

• RQ1 在 $z \sim 1.7$–$4.5$ 时，宇宙网中富金属区域的典型横向物理尺度是多少？
• RQ2 C IV吸收线系统的团聚特征如何随类星体视线方向之间横向距离的变化而变化？
• RQ3 与观测到的团聚尺度一致的金属喷流或流入速度的上限是多少？
• RQ4 观测到的富集区域尺度是否意味着比以往基于质量密度测量推断的富集时间更早？
• RQ5 观测到的团聚模式能否区分由高红移星系和早期大质量恒星引起的富集？

主要发现

• C IV系统横向相关长度测量为 $0.42 \pm 0.15\, h^{-1}$ 光年共动Mpc，表明富集区域的典型物理尺度。
• C IV系统在分离距离小于 $0.42\, h^{-1}$ Mpc时表现出显著团聚，但在大尺度上团聚程度低于莱曼断裂星系。
• 观测到的横向尺度明显小于由视线方向红移空间相关函数推断的转折尺度，表明存在强烈的红移空间畸变。
• 推断的金属喷流/流入速度与潜在质量分布的星系特殊速度一致，为整体金属运动设定了上限。
• 尺度测量表明，金属富集很可能发生在 $z \geq 4.3$ 之前，支持由大质量恒星或低质量星系引发的早期富集。
• 本研究证明，断层成像尺度测量是约束CGM金属富集历史的可靠替代方法，优于质量密度估计。