MUSEQuBES：於紅移 z ≈ 3.3 處將氫原子吸收與萊曼 α 發射體聯繫起來

核心概念

本研究利用 MUSEQuBES 調查的數據，分析了 z ≈ 3.3 處 96 個萊曼 α 發射體 (LAE) 周圍的氫原子吸收，發現 LAE 附近的中性氫含量顯著增強，並且成對/成群的 LAE 比孤立的 LAE 表現出更高的氫原子覆蓋率，表明環境對星系周圍氣體分佈有影響。

摘要

MUSEQuBES 調查：探討 z ≈ 3.3 處氫原子吸收與萊曼 α 發射體的關聯性

本研究使用 MUSEQuBES 調查的數據，分析了 96 個紅移 z ≈ 3.3 處的萊曼 α 發射體 (LAE) 周圍的氫原子吸收。這些 LAE 是在 8 個 MUSE 觀測場中發現的，每個場的面積為 1′ × 1′，並以一個明亮的背景類星體為中心。

主要發現：

• 與類似的星系際介質 (IGM) 相比，LAE 附近的氫原子吸收增強。
• 沒有發現氫原子吸收體的柱密度与其對 LAE 的撞擊參數（範圍約為 54-260 pkpc）之間存在關聯性。
• 所有與萊曼極限系統相關的星系都具有大於 50 pkpc 的撞擊參數，這表明真正的吸收體宿主可能過於微弱而無法被探測到。
• LAE 的總氫原子覆蓋率 (fc(H i)) 約為 88%，閾值為 log10 N/cm−2(H i) = 15。
• 在相同的閾值下，成對/成群的 LAE 在約 250 pkpc 處表現出 100% 的氫原子覆蓋率。
• 相比之下，孤立的 LAE 始終顯示出較低的 fc(H i)，約為 80%。
• 環境對 fc(H i) 的影響在視線速度差分區間（高達約 300 km s−1）中也很明顯。
• 發現 fc(H i) 與靜止框架萊曼 α 發射等效寬度 (EW0) 之間存在反相關關係。

討論：

• 基於萊曼 α 殼層模型，fc(H i) 和 EW0 之間的反相關關係可能意味著富含氣體的星系傾向於存在於富含氣體的環境中，或者 EW0 較高的 LAE 在電離其周圍介質方面更有效率。
• 需要對類星體-星系對進行更大樣本的研究，以揭示重子循環的跡象。

本研究的意義：

本研究提供了關於 z ≈ 3.3 處 LAE 周圍中性氣體分佈的寶貴見解，突出了環境對星系周圍氣體特性的影響。這些發現有助於我們理解星系演化和重子循環的複雜過程。

統計資料

研究樣本包括 96 個萊曼 α 發射體 (LAE)，紅移 z ≈ 3.3。
LAE 的撞擊參數範圍為 16 到 320 pkpc。
LAE 的總氫原子覆蓋率 (fc(H i)) 約為 88%，閾值為 log10 N/cm−2(H i) = 15。
成對/成群的 LAE 在約 250 pkpc 處表現出 100% 的氫原子覆蓋率。
孤立的 LAE 的 fc(H i) 約為 80%。

引述

從以下內容提煉的關鍵洞見

MUSEQuBES: Connecting HI absorption with Ly$\alpha$ emitters at $z \approx 3.3$

by Eshi... 於 arxiv.org 11-20-2024

https://arxiv.org/pdf/2411.11959.pdf

深入探究

除了環境因素之外，還有哪些其他因素會影響 LAE 周圍氫原子吸收的特性？

除了環境因素之外，還有其他幾個因素會影響 LAE 周圍氫原子吸收的特性：

星系本身的特性: LAE 的質量、星形成率 (SFR)、年齡、金屬豐度和塵埃含量都會影響其周圍氫原子的電離狀態和分佈。例如，具有較高 SFR 的星系可能會產生更強的星系風，將周圍的氫原子吹走，從而降低吸收。
星系風: 星系風是由星系中的恆星形成和超新星爆炸驅動的，可以將氣體從星系中吹出並進入 CGM。這些星系風的強度和方向會顯著影響氫原子吸收的特性，例如造成非對稱的吸收線輪廓。
宇宙網絲狀結構: 星系並不是隨機分佈在宇宙中的，而是位於宇宙網的絲狀結構中。這些絲狀結構包含大量的氫原子，並且會影響星系周圍的氣體分佈。
回落氣體: 回落氣體是指先前被星系風吹走，現在又因為重力作用而回落到星系上的氣體。這些回落氣體的特性，例如溫度和密度，會影響氫原子吸收的特性。
觀測效應: 觀測效應，例如光譜解析度和信噪比，也會影響我們測量氫原子吸收特性的能力。

如何利用本研究的結果來改善我們對早期宇宙中星系形成和演化的理解？

本研究的結果可以從以下幾個方面改善我們對早期宇宙中星系形成和演化的理解：

低質量星系的氣體吸積: 本研究發現 LAE 周圍存在大量的氫原子，這表明低質量星系仍然在從周圍環境中吸積氣體。這對於理解星系如何在早期宇宙中形成和成長至關重要。
星系風和回饋機制: 通過研究 LAE 周圍氫原子吸收的特性，例如吸收線輪廓和覆蓋率，我們可以推斷星系風的強度和方向，以及它們如何影響星系的演化。
環境對星系演化的影響: 本研究發現 LAE 的環境會影響其周圍氫原子吸收的特性，這表明環境在星系演化中扮演著重要角色。
宇宙網和星系形成: 通過研究 LAE 周圍氫原子吸收的空間分佈，我們可以了解宇宙網絲狀結構如何影響星系的形成和演化。

如果在更高的紅移下進行類似的研究，預計會觀察到哪些差異？

如果在更高的紅移下進行類似的研究，預計會觀察到以下差異：

更高的氫原子吸收率: 在更高的紅移下，宇宙中的氫原子中性比例更高，因此預計會觀察到更高的氫原子吸收率。
更強的星系風: 早期宇宙中的星系通常具有更高的星形成率，因此預計會產生更強的星系風。
更小的星系尺度: 早期宇宙中的星系通常比現在的星系小，因此預計 LAE 周圍的 CGM 範圍會更小。
不同的環境影響: 早期宇宙中的星系分佈更加密集，因此環境對星系演化的影響可能與現在不同。
總之，在更高的紅移下進行類似的研究，將有助於我們更全面地了解早期宇宙中星系形成和演化的物理過程。