Kim Nilsson
Astronomisk arkeologi - studie av galaxer från universums forntid.
Jag har studerat femton galaxer vars ljus sändes ut då universum var 15 % av sin
nuvarande ålder. Detta betyder att vi förväntar oss att dessa galaxer är ganska nyfödda,
och kanske liknar vår egen galax när den var nybildad. Jag har studerat dessa galaxer i
många olika delar av det elektromagnetiska spektrumet, främst i röntgen, infrarött och
visuellt ljus. Syftet med arbetet har varit att försöka finna hur mycket stjärnor som bildas i
dessa galaxer, samt om ljuset från desamma kommer enbart från stjärnor, eller om det
också finns så kallade aktiva galaxkärnor (AGNs) i dem. En AGN antas vara ett massivt
svart hål som slukar materia från den omkringliggande galaxen. AGNs lyser väldigt
starkt.
Att finna galaxer som ligger så långt borta som dessa är inte helt enkelt. Upptäckten av de
källor jag tittat på var därför gjord innan jag påbörjade mitt arbete. De hittades eftersom
de lyser mycket starkt vid en speciell våglängd, motsvarande övergången mellan de två
nedersta nivåerna i väte, även kallad Lyα.
Huvuddelen av mitt arbete har varit att studera galaxerna i röntgen-området. Röntgenvåglängder är intressanta eftersom de är väldigt energetiska, och därför skickas ut från
områden där väldigt energetiska processer sker (ex. AGNs). Jag har även observerat
galaxerna i infrarött, som i det här fallet ger ett mått på antalet stjärnor i galaxen. Jag har
även sökt i databaser efter radiokällor associerade med galaxerna, samt studerat resultat i
de visuella banden. De sistnämnda kom från en annan MSc-student vid Århus universitet.
Sammanfattningsvis kan resultaten i alla dessa våglängdsområden ritas in i diagram av
typen spektrala energidistributioner (s.k. SEDs). I dessa ritas intensitet vid en viss våglängd
som funktion av våglängd. Ur dessa SEDs kan man sedan exempelvis dra slutsatsen att
galaxerna har lite stoft och/eller mycket nyfödda stjärnor.
Den främsta slutsats jag kunnat dra av mitt arbete är att det inte finns några AGNs bland
galaxerna. Det betyder att allt ljus som kommer från dem, kommer från stjärnor. Det
betyder i sin tur att vi kan dra slutsater om stjärnbildningen i den här typen av objekt. Jag
fann en undre gräns för stjärnbildningen på några få solmassor per år (ungefär densamma
som i Vintergatan) och en övre, orimligt stor, gräns på ca. 2000 solmassor per år.
Att undersöka, och så småningom förstå, hur dessa unga, nybildade galaxer bildas och
utvecklas är viktigt för att förstå universums historia. Kanske kan det även ge någon
ledtråd till vår framtid...
Detta projekt har genomförts i samarbete med Köpenhamns universitet.
Handledare: Ingemar Lundström1, Kristian Pedersen2, Johan P.U. Fynbo2, Melvyn B. Davies1.
Examensarbete 20 p. i Fysik med inriktning Astronomi. Vt 2004.
1Lunds observatorium, Lunds universitet.
2Niels Bohr institutet, Köpenhamns observatorium, Köpenhamns universitet.
Abstract
Multi-wavelength
analysis of Ly-alpha-emitting high-redshift galaxies
The purpose of this thesis was to perform a multi-wavelength analysis of 15 bright Lyα
galaxies, and to find the star formation rate of these galaxies. The discovery of the 15
sources was performed before the beginning of the project. The sources overlapped the
Chandra Deep Field South, CDFS, and a thorough investigation of the Lyα galaxies' X-ray
luminosity (in 0.3 - 8 keV) was performed. The results could only set an upper limit to the
sources at ~ 9 ⋅
1042 erg s-1, implying an upper limit of the SFR of 2000 M~/yr. A stacking of the sources
with greatest S/N revealed a possible hardness ratio of 0.42, indicating that they are
highly obscured AGN (Type 2) if they are detected with such a high luminosity.
Further investigations were performed in infrared using ISAAC observations in the
GOODS field in the H, J and K bands. The results again only gave an upper limit to the
magnitudes of the objects. An investigation of the objects in visual broad bands was
performed by Msc-student Brian Krog at Århus university and the results are included to
give an overall summary of the multi-wavelength properties of the sources. No credible
radio counterparts were found in database searches. The luminosity of the sources in the
Lyα emission line implied a lower limit of the SFR of a few solar masses per year.
A luminosity function for AGNs in soft X-rays was studied and it was found that there
should be 0.17 AGNs in our volume, at our redshift and to our luminosity limit. After
comparison to a recent paper by Wang et al. (2004) and studying of the results we find that
the main conclusion is that there are no AGNs in our sample.
