莱曼α发射线星系的深度巡天观测研究

Utilizing the awarded observing time on ground-based large optical/near-infrared telescopes and our customized narrowband filter that centers at 3928 angstrom and has a bandwidth of 70 angstrom, we will carry out deep narrowband surveys for a few well-studied fields. Taking advantage of the publicly available adjacent broad-band images of these fields, a sample of Lyα emitting galaxies (LAEs) at redshift 2.23±0.03 will be identified. Our survey will go 2-3 times deeper than published narrow-band surveys at similar redshift. Based on this as-yet unexplored sample, properties of Lyα emitters, such as dust extinction, star formation rate, stellar mass, morphology, environment and surface brightness profile will be studied. Furthermore, we will put observational constraints on the mode of star formation of high-redshift low mass galaxies and their contribution to the total luminosity and star formation rate densities. Taken together the studies of LAEs and Hα emitters at the same redshift, as identified by near-infrared narrow-band surveys, it will give us a more complete census of star-forming galaxies at z~2-3.

本项目将基于已经申请到和将要申请的国外大口径地面光学/红外望远镜时间，用我们自己设计和购买的中心波长在3928埃，带宽为70埃的窄带滤光片对选定的天区做窄带深曝光观测。结合已有的相邻宽带归档成像数据，我们将建立一个红移在2.23±0.03的莱曼α发射线星系（LAEs）样本。这一样本将比相近红移处莱曼α发射线星系的已有的观测深2-3倍。基于这一前所未有的深度曝光和高空间分辨率的LAEs样本，我们将对LAEs的尘埃消光、恒星形成率、恒星质量、星系形态、环境、面亮度分布等进行研究。进而对高红移的小质量、低恒星形成率的星系的恒星形成模式以及对总光度密度和恒星形成率密度的贡献做出观测限制。结合对近红外窄带观测选取的位于相同红移的Hα发射线星系的研究将使我们对红移2-3处的恒星形成星系有一个更为全面的认识。

窄带成像技术作为一种探测高红移小质量星系的有效手段被广泛采用。本项目利用6.5米麦哲伦望远镜和我们自己设计并购买的中心波长在3928埃，带宽为70埃的窄带滤光片对COSMOS和ECDF-S天区进行窄带深曝光观测。基于窄带观测数据和宽带归档数据，建立了一个由446个红移为2.23±0.03的莱曼α星系（LAE）组成的样本。结合丰富的多波段归档数据，我们围绕LAEs研究领域的热点问题进行了深入细致的研究，按计划任务书完成了如下重要研究：1.由于我们的窄带测光深度达到了L(Lyα)=10^41.8L⊙，证实了Lyα光度函数暗端斜率陡的结果。2.利用光学、近红外深曝光的测光数据，特别是深曝光的Spitzer/IRAC 3.6和4.5微米数据，我们得到了迄今为止有单个可靠恒星质量测量的最大的LAEs样本。其中130个被Spitzer/IRAC探测到的LAEs的恒星质量分布在10^8到10^10M⊙之间，而没有被Spitzer/IRAC探测到的LAEs的恒星质量中值为10^8M⊙。我们还发现少部分LAEs的恒星质量大于10^10M⊙, 甚至到10^11M⊙。其中质量最大的六个LAEs被Spitzer/MIPS，甚至Herschel/SPIRE探测到。它们是亮或极亮红外星系。这些结果表明LAEs不只是小质量少尘埃的恒星形成星系。3.结合由静止波长紫外波段计算得到的恒星形成率，并考虑了由B,V,R,I波段拟合得到的尘埃消光改正，我们发现LAEs遵循由恒星形成星系满足的恒星形成主序关系。4.基于高空间分辨率的HST/ACS F606W图像，我们研究了LAE的恒星形成区的尺度和形态特征，发现了一类质量大但尺度小的LAEs。它们不满足恒星质量与尺度的相关关系。此外，具有中心聚集的恒星形成活动和延展的恒星形成分布的LAEs比例为1:1。 5.对Lyα图像的研究表明，部分LAEs的Lyα辐射呈现延展的形态且为纤维状(filament)结构，位于紫外辐射的一侧，完全不同于示踪恒星形成的紫外图像。结合对LAEs的成团性分析，得到LAE的暗物质晕质量为10^10.8M⊙，这可能暗示LAEs周围的冷气体在往星系下落。6. 结合Hα发射线星系样本，我们研究了Lyα光子的逃逸比例，发现利用光度密度之比得到的Lyα逃逸比例为3.7%。本项目的研究使我们团队从对近邻星系的研究进入到对高红移星系的研究领域。