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射电选择方法发现的红移~6类星体

(首先,感谢大家对我们网站的宣传和关注;近期我们在经历一个小小的稿件荒时期,虽然在我们的预料之中,但还是鼓励更多的同学能把自己每天的论文阅读转化为笔头的写作,不仅仅是为了分享,也是为了帮自己梳理知识,对阅读写作进行锻炼;我认识的一个很出色的美国天文学家曾经告诉我,从你读天文学研究生开始,只要你做一天的天文,每天阅读两篇文章几乎是必须的。现在astro-ph已经为我们提供了很好的平台,即便按照每天一篇来计算,一周5篇文章,周末挑选一篇,花两到三个小时总结一下应该还是可以接受的;不知道大家是否注意到,Astrobites 网站是由Harvard,Arizona,UCSC 等学校的研究生共同维护的,另一个对日常科研很有帮助的网站 AstroBetter 是由 Caltech 的几位博后主要维护的,虽然我们刚刚起步,但起码我个人希望,有朝一日,我们也能更接近这样的目标,这也算我们为“建设高水平大学”做的一点儿尝试和努力吧。我们仍会尽全力保持每天 (周末除外) 的更新,而且会尽力涉及更多的天文学分支,由于个人能力的限制,难免出现一些错误,在这里也欢迎大家耐心指正;祝大家周末愉快!)

标题:Discovery of a Radio-Selected z ~ 6 Quasar
作者:Gregory R. Zeimann, Richard L. White, Robert H. Becker, Jacqueline A. Hodge, Spencer A. Stanford, Gordon T. Richards
论文索引:astro-ph:1105.2047
编辑供稿: 黄崧 (南京大学)

背景介绍

高红移类星体研究的意义?

其实,高红移类星体研究有多重要早就无需赘言,大家自可以搜索一下近期的astroph上的文章和综述。当然,这里说的高红移要求比较严格,一般说来只有红移大于5.7的,才属于如假包换的高红移类星体,尽管在大规模巡天中寻找它们已经超过了10年,但总共已经被发现的只有约60个 (可以参考:Fan et al. 2000; Willott et al. 2007; Jiang et al. 2008)。虽然数量稀少,却已经为我们研究宇宙早期星系形成,超大质量黑洞的形成和演化,星系际介质性质和宇宙再电离等学科方向提供了很多宝贵的资料。而在这些类星体中,射电噪(Radio Loud)类星体更是属于珍品中的珍品,不仅因为它们可以提供额外的信息,还因为在未来一系列大型设备 (EVLA, ALMA, LOFAR, SKA 等)的背景下,这种天体可以作为非常宝贵的观测候选,尤其是通过高红移21cm HI的吸收线来从全新的角度研究星系际介质演化和宇宙再电离。

基于大规模巡天寻找高红移类星体候选需要非常有效的筛选方法,而且要小心的把真正的类星体和可能混淆的源,比如低表面温度的矮星,区分开. 目前最常用的方法是基于从测光观测得到的光学和近红外颜色性质,一般利用红移到光学波段的 Lyman break,从较红的光学颜色 (i-z > 2) 入手,再利用近红外波段颜色较蓝的性质 ( z-J < 2) 来区分矮星和类星体,不过这个方法虽然效率不错,但是也不能做到十全十美;而从射电探测角度出发来区分类星体和矮星显然更为安全一些,不过已知的高红移的类星体探测只在60个中的3个样本中观测到了可靠的射电发射,虽然如此,但挑出颜色选择的框架看,通过射电探测选源依然可能发现一些无法用颜色方法选择出的高红移类星体的可能,而本文正展示了这样的一个例子。

观测结果


fig1

Fig.1: SDSS Stripe82天区的多波段覆盖情况;图片来自 CFHT-Stripe82巡天主页。

Stripe82-VLA巡天

本文的工作显然需要一个有多波段覆盖的天区,尤其是需要有较深的光学,红外和射电连续谱巡天观测,这里给大家介绍一个由SDSS巡天选择出的天区,称为Stripe82,Stripe是SDSS定义巡天几何结构的一种方式,这里的Stripe82是一个沿着银道分布的狭长带状天区,具体坐标是:20h < RA < 4h,-1.5度 < Dec < 1.5,天区面积为300平方度。SDSS对这个天区进行了反复的巡天观测,用以研究光变天体和寻找超新星,但反复观测的叠加也产生了一个比普通SDSS覆盖天区深将近2个星等的“深场”,也适合来做一些高红移天体的搜寻工作;这个天区已经有了非常好的多波段观测覆盖,比如CFHT的巡天和NRAO VLA 的FIRST射电连续谱巡天,不过为了本文的目的,显然需要灵敏度更高和分辨率更高的射电巡天,因此,专门针对Stripe82的 VLA 干涉阵在最高分辨率下 1.4 GHz 连续谱观测成了最好的选择。


fig2

Fig.2: SDSS J2228+0110的SDSS i,z波段和VLA 1.4GHz的观测。

Stripe82-VLA巡天覆盖了Stripe82内的92平方度的天区,分辨率为了1.8角秒,误差水平达到了 52 \mu Jy (中值),产生了一个包含了17969个探测天体的源表。本文选源工作的第一步是把覆盖这个天区的源表按照一定的位置误差进行交叉( 对SDSS是0.6″,对CFHT巡天是1“ ),然后再根据近红外星等和光学颜色(i-Z)进行筛选,同时要求在SDSS的u,g,r波段不能够有探测,并肉眼检查图象,避免宇宙线和坏相元的干扰。在这些步骤之后,产生了一个27个候选源的列表,通过与以前的工作对比,在这27个源中,只有3个被选择为高红移类星体,剩下的不是颜色不合格就是过暗。再进行射电筛选之前,作者首先根据高红移类型体的光度函数和估计的射电噪比例,估算了在搜索范围内应该能探测到的高红移类星体的数目,具体过程请参考文章3.5节后半部分,根据预测,这个数目大致在3-4个。


fig3

Fig.3: 根据 Willott et al 2009画出的颜色-颜色图,右下角的蓝色梯形区域为定义高红移类星体候选的区域。SDSS J2228+0110为梯形区域外的浅蓝色圆点标注;图中两条虚线分别标注出了高红移类星体和冷星的模板SED。

本文介绍的这个类星体:SDSS J2228+0110 (观测结果见图2),VLA 的观测给出了0.31 mJy的3个sigma 信号,但其z波段星等只有22.8等,近红外颜色 i-z=1.81,按照以前工作的标准,这个星系既过暗,其颜色也过蓝,不能落入选择范围,在本文的观测中,也都处在探测极限附近(见上图)。之所以把这个星系选择出来,决定性的证据还是来自光谱观测的确认,利用Keck望远镜LRIS设备的低分辨光谱仪900秒观测,这个天体只显示出了一根明显的发射线:Lyman alpha,但根据Lya线计算出的红移,其他一些谱线对应处也找到了相应的可能的探测。不过,这已经基本可以确认此天体为高红移类星体,从而在以前选择条件之外,利用射电观测,找到了一个红移等于5.95的类型体。


fig4

Fig.4: SDSS J2228+0110的Keck LRIS光谱观测显示出了明显的Lya谱线。

讨论与展望

本文的工作展示出了射电选择作为不同于颜色-颜色选择的方法,可以挑选出原来方法不能识别的高红移类星体,在这之前的射电搜索工作只在很小的天区中进行,而且选出的类星体也是落入以前颜色选择区域的。而本文选择方法的意义,不仅仅在于可以利用射电有效的区分低温矮星和类星体,还在于可以利用射电观测,挑选到近红外颜色偏“红”的类星体,而这种颜色的差别,很可能是由于尘埃消光造成的。如果真的如此,可以为研究超大质量黑洞的早期吸积和演化过程提供很有趣的证据,尤其是让人联想到高红移类星体的颜色和射电性质之间的联系。

不管怎样,本文的工作还在进行当中,目前射电选择高红移类星体的主要限制还是射电巡天观测的覆盖和深度。希望日后不断改善的射电巡天,可以为我们提供更多的信息吧。

延伸阅读

  • 1. 关于Stripe82天区的VLA观测的介绍
  • 2. 对Stripe82天区的VLA 1.4GHz深场观测的文章
  • 3. VLA FIRST巡天的网站介绍
  • 4. Keel网站上关于高红移类星体射电观测的介绍
  • 5. Xiaohui Fan关于高红移类星体演化的报告文件(PDF格式)
  • Advertisements

    讨论

    5 thoughts on “射电选择方法发现的红移~6类星体

    1. 非常好的文章和总结!!
      三点简要补充:
      1. 可以从本文看出,光谱是多么决定性,无论color-color selection的模拟做的再好,仍然有绝大多数符合color-color selection的源最后不是quasar. 联想到最近的high redshift galaxy (candidate), 基本都是用Hubble做测光,通过color-color selection. 没有光谱还是其实还是不能肯定是啥玩意。

      2. 本文重要性也在于告诉SDSS传统选择Quasar的color-color criterion是不完备的,理论上为什么,观测上如何改进现有的color-color criterion?都需要研究。

      3. 本文发现的是第二个Radio loud quasar. 第一个是Ian Mcgreer 在2006年发现的。

      一点建议:

      做这种工作有一个前提,是必须清楚现在有什么大的Survey, 这些大的Survey被什么波段所覆盖。我们可以专设一个积累版,大家读过的文章中出现大的Survey的时候,就把它加进去,大家一起来完善,有位置的信息,多大,被什么波段覆盖,分别多深。这对于今后大家做Science,想idea将是非常非常有好处的!而且注意到这件事Astrobite和Astrobetter都没有做过,又很重要,我们应该抢这个先。

      Posted by Zheng Cai | 五月 13, 2011, 3:00 下午
      • 恩,联想到听Illingworth报告讲他们找到的那个z~10星系候选时,有人问什么时候能真正确认,他很无奈的说只能等JWST了。。。

        应该时第二个高红移radio loud QSO吧

        建议很好!我曾经安排和我合作的早期科研本科生做这个事情,不过诸多原因,没有最后成分,不过确实值得做一下

        Posted by Song Huang | 五月 13, 2011, 3:05 下午
      • 其实这个想法很好啊,把各种survey归纳下,信息当然越完备越好.

        不过color-color选择,有什么东西会混淆进来呢?…

        Posted by shiaki | 五月 14, 2011, 12:55 上午
    2. 确实,最近的稿件确实少了,我也自责一下,有好多天没有写东西了

      Posted by Hou, Lei | 五月 13, 2011, 1:48 下午
      • 陪这帮小孩玩完比赛,我也码篇吧…最近好文章还是有的,就是时间来不及…

        Posted by shiaki | 五月 14, 2011, 12:50 上午
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