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天体物理学 > 星系的天体物理学

arXiv:2011.10582 (astro-ph)
[提交于 2020年11月20日 ]

标题: 星际和星系际的未见 $z=6.84$ 星系的特性:最早已知类星体吸收体中的丰度、电离和加热

标题: Interstellar and Circumgalactic Properties of an Unseen $z=6.84$ Galaxy: Abundances, Ionization, and Heating in the Earliest Known Quasar Absorber

Authors:Robert A. Simcoe, Masafusa Onoue, Anna-Christina Eilers, Eduardo Banados, Thomas J. Cooper, Gabor Furesz, Joseph F. Hennawi, Bram Venemans
摘要: 我们分析了一个在红移z=6.84处观测到的强吸收系统中的相对丰度和电离条件,该系统出现在红移z=7.54背景类星体ULAS J134208.10+092838.61的光谱中。 单电离的C、Si、Fe、Mg和Al的测量结果与一个金属贫乏但并非化学原始的温暖中性介质一致。 C IV和Si IV的确定性非检测表明,任何IGM或CGM的温暖电离相尚未超过超金属贫乏范围(<0.001Z_{太阳能}),这与较低红移DLAs中这些线几乎无处不在的情况不同。 重元素的相对丰度在大爆炸后794 Myr时与中等红移的金属贫乏damped Lyman Alpha系统以及银河系晕星相似,并未显示出增强的[alpha/Fe]、[C/Fe]或其他由大质量恒星产量主导的特征。 对CII*精细结构线的检测揭示了局部激发源,这些激发源来自加热,超过了宇宙微波背景提供的光致激发水平。 我们估计了总冷却率和[CII]冷却率,与星际介质加热源平衡,从而发展了一个关于中性介质的经验两相模型。 所暗示的加热需要恒星形成表面密度略高于银河系,但并未达到强烈恒星爆发的水平。 对于典型的(假设的)NHI=10^{20.6},[Fe/H]=-2.2与中性相中各物种的柱密度相符。 为了在C IV中不被检测到,温暖电离相要么需要在1 kpc的吸收路径上具有非常低的[C/H]<-4.2,要么需要非常小的吸收路径(几pc)。 尽管仍属推测,这些结果表明在星际介质的中性恒星形成区域之外,重元素的富集显著减少,这符合银河系化学演化早期阶段的预期。
摘要: We analyze relative abundances and ionization conditions in a strong absorption system at z=6.84, seen in the spectrum of the z=7.54 background quasar ULAS J134208.10+092838.61. Singly ionized C, Si, Fe, Mg, and Al measurements are consistent with a warm neutral medium that is metal-poor but not chemically pristine. Firm non-detections of C IV and Si IV imply that any warm ionized phase of the IGM or CGM has not yet been enriched past the ultra-metal-poor regime (<0.001Z_{solar}), unlike lower redshift DLAs where these lines are nearly ubiquitous. Relative abundances of the heavy elements 794 Myr after the Big Bang resemble those of metal-poor damped Lyman Alpha systems at intermediate redshift and Milky Way halo stars, and show no evidence of enhanced [alpha/Fe], [C/Fe] or other signatures of yields dominated by massive stars. A detection of the CII* fine structure line reveals local sources of excitation from heating, beyond the level of photo-excitation supplied by the CMB. We estimate the total and [CII] cooling rates, balancing against ISM heating sources to develop an heuristic two-phase model of the neutral medium. The implied heating requires a surface density of star formation slightly exceeding that of the Milky Way but not at the level of a strong starburst. For a typical (assumed) NHI=10^{20.6}, an abundance of [Fe/H]=-2.2 matches the columns of species in the neutral phase. To remain undetected in C IV, a warm ionized phase would either need much lower [C/H]<-4.2 over an absorption path of 1 kpc, or else a very small absorption path (a few pc). While still speculative, these results suggest a significant reduction in heavy element enrichment outside of neutral star forming regions of the ISM, as would be expected in early stages of galactic chemical evolution.
评论: (21页,8图)
主题: 星系的天体物理学 (astro-ph.GA) ; 宇宙学与非星系天体物理学 (astro-ph.CO)
引用方式: arXiv:2011.10582 [astro-ph.GA]
  (或者 arXiv:2011.10582v1 [astro-ph.GA] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2011.10582
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

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来自: Robert Simcoe [查看电子邮件]
[v1] 星期五, 2020 年 11 月 20 日 19:00:04 UTC (2,730 KB)
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