[论文解读] Trident: A three-pronged galaxy survey. I. Lyman alpha emitting galaxies at z~2 in GOODS North

Andreas Sandberg, L. Guaita+3 more|arXiv (Cornell University)|Jan 24, 2015

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 104被引用 3

一句话总结

本研究利用北欧光学望远镜上的定制滤光片，在 GOODS 北区对红移 z~2 的莱曼阿尔法发射星系（LAEs）进行了窄带巡天，结合了从光学到近红外的谱能分布（SED）拟合与远红外光度测量。结果表明，具有此类光度的 LAEs 并非仅由年轻矮星系构成，也不一定需要低尘埃含量，挑战了莱曼阿尔法逃逸需依赖纯净、无尘环境的传统假设。

ABSTRACT

Context. Lyman alpha emitting galaxies (LAEs) are used to probe the distant universe and are therefore important for galaxy evolution studies and for providing clues to the nature of the epoch of reionization, but the exact circumstances under which Lyman alpha escapes a galaxy are still not fully understood. Aims. The Trident project is designed to simultaneously examine Lyman alpha, H-alpha and Lyman Continuum emission from galaxies at redshift z~2, thus linking together these three aspects of ionising radiation in galaxies. In this paper, we outline the strategy of this project and examine the properties of LAEs in the GOODS North field. Methods. We performed a narrowband LAE survey in GOODS North using existing and two custom made filters at the Nordic Optical Telescope with MOSCA. We use complementary broad band archival data in the field to make a careful candidate selection and perform optical to near-IR SED fitting. We also estimate far-infrared luminosities by matching our candidates to detections in Spitzer/MIPS 24μm and Herschel/PACS catalogs. Results. We find a total of 25 LAE candidates, probing mainly the bright end of the LAE luminosity function with L_Ly α ~ 1-15e42 erg/s. They display a range of masses of ~0.5-50e9 M_solar, and average ages from a few tens of Myr to 1 Gyr when assuming a constant star formation history. The majority of our candidates also show signs of recent elevated star formation. Three candidates have counterparts in the GOODS-Herschel far-IR catalogue, with luminosities consistent with ultra-luminous infrared galaxies (ULIRGs). Conclusions. The wide range of parameters derived from our SED fitting, as well as part of our sample being detected as ULIRGs, seems to indicate that at these Lyman alpha luminosities, LAEs do not necessarily have to be young dwarfs, and that a lack of dust is not required for Lyman alpha to escape.

研究动机与目标

• 探究 z~2 星系中莱曼阿尔法（Lyα）发射逃逸的物理条件，特别是尘埃与星际介质动力学的作用。
• 通过多波段巡天，同时探测高红移星系中的莱曼阿尔法、Hα 和莱曼连续谱（LyC）发射。
• 确定 z~2 的莱曼阿尔法发射星系是否主要为年轻、低质量、低尘埃的系统，或是否存在其他物理条件可使莱曼阿尔法逃逸。
• 评估莱曼阿尔法光度、恒星形成历史与远红外发射之间的关系，特别是与类 ULIRG 星系的关系。

提出的方法

• 在北欧光学望远镜上，利用 MOSCA 仪器，结合两个定制滤光片与一个现有窄带滤光片，在 GOODS 北区开展窄带 LAE 探测巡天。
• 利用从光学到近红外的宽带档案数据（如 HST、CFHT、VISTA）进行谱能分布（SED）拟合，估算恒星质量、年龄与恒星形成速率。
• 将 LAE 候选体与远红外星表（Spitzer/MIPS 24 μm 与 Herschel/PACS）匹配，估算远红外光度并识别类 ULIRG 的系统。
• 采用恒定恒星形成历史模型推导星族参数，包括年龄与质量，并评估年轻星族的质量占比。
• 应用卡方最小化技术，评估观测光度与 SED 模型之间的拟合优度。
• 根据光度形态与 SED 推导的性质对候选体进行分类（如形态学使用 N/B/I，年轻质量分数使用 f_young）。

实验结果

研究问题

• RQ1 在 GOODS 北区，z~2 的莱曼阿尔法发射星系的恒星质量与年龄分布如何？
• RQ2 z~2 的莱曼阿尔法发射星系在多大程度上表现出增强或近期的恒星形成活动？
• RQ3 这些 LAEs 是否存在显著的远红外对应体？其性质是否指示类 ULIRG 特征或高尘埃含量？
• RQ4 莱曼阿尔法是否可能从具有显著尘埃含量或较老星族的星系中逃逸？这是否挑战了传统认为莱曼阿尔法逃逸需依赖低尘埃与年轻年龄的观点？
• RQ5 高红移星系中，莱曼阿尔法光度、Hα 发射与莱曼连续谱（LyC）逃逸之间存在何种关系？

主要发现

• 该巡天在 GOODS 北区识别出 25 个莱曼阿尔法发射星系（LAE）候选体，其莱曼阿尔法光度范围为 1 至 15 × 10^42 erg s⁻¹。
• LAE 候选体的恒星质量范围广泛，从 0.5 × 10^9 M☉ 至 50 × 10^9 M☉，表明宿主星系性质多样。
• 在恒定恒星形成历史假设下，平均年龄从数十百万年到 1 Gyr 不等，其中显著比例显示出近期或增强的恒星形成迹象。
• 三个 LAE 候选体在 GOODS-Herschel 星表中具有远红外对应体，其光度与超亮红外星系（ULIRGs）一致，表明尘埃含量较高。
• 部分 LAEs 中存在类 ULIRG 的远红外光度，表明莱曼阿尔法可在尘埃环境较丰富的星系中逃逸，挑战了长期以来认为低尘埃含量是莱曼阿尔法逃逸必要条件的假设。
• 推导出的物理参数（包括质量、年龄与恒星形成历史）范围广泛，表明这些光度水平的 LAEs 并非仅由年轻、低质量系统构成，暗示莱曼阿尔法逃逸存在多种物理路径。