红移等于7.085的高光度类星体
( 随着进入暑假，可能更多的同学开始了Happy的假期生活，这段时间内，可能AstroLeaks的更新频率也会随之下降，但我们仍然会继续努力做到隔天更新，希望大家保持关注)
( 本文是今天新鲜出炉的一篇Nature文章，关于新的高红移类星体的发现，这么大的热门我们当然要证据第一时间报道了，不过文章还没看到astroph版本，所以可能很多同学看原文稍有困难，希望大家见谅; 另外，Nature文章的结构更像是一篇报告，因而我们没有按照一般的背景+方法+结论的方式介绍，尊重Nature文章的思路)
标题：A luminous quasar at a redshift of z = 7.085
作者：Daniel J. Mortlock, Stephen J. Warren, Bram P. Venemans, Mitesh Patel, Paul C. Hewett, Richard G. McMahon, Chris Simpson, Tom Theuns, Eduardo A. Gonzáles-Solares, Andy Adamson, Simon Dye, Nigel C. Hambly, Paul Hirst, Mike J. Irwin, Ernst Kuiper, Andy Lawrence & Huub J. A. Röttgering
论文索引：Nature 474, 616–619 (30 June 2011)
编辑供稿: 黄崧 (南京大学)
主要结论：
高红移星系，高红移类星体，宇宙再电离的研究有多么的火爆和重要肯定不需要我多说了吧，感兴趣的同学可以翻翻前面在我们网站上的相关文章。而本文最直接和重要的结论，就是找到了一颗破记录的高红移类星体：红移等于7.085的 ULAS J112001.481064124.3，(ULAS应该是UKIRT的某某巡天的缩写，这些高红移天体的名称一般都比较狰狞，没办法，以下我们就以ULAS代指了)，而在这之前，记录保持者是SDSS中发现的红移为6.42的SDSS J114815251。按照ULAS的红移，这个时侯宇宙的年龄是7.7亿年，按照宇宙标准那是相当的年轻；类星体的光度达到了可怕的 
，这样简单的估计一下其中的黑洞质量可能要接近10亿个太阳质量，这样的大质量黑洞在邻近宇宙都是不多见的 (相比之下我们银河系中心黑洞的质量估计在百万太阳质量的量级，整个银河系的恒星质量也就是千亿个太阳质量，也就是说，这个宇宙早期的QSO中心的黑洞质量是我们整个银河系的百分之一)；当然，所有高红移QSO的研究都是强烈Bias的，基本上他们寻找的都是这个红移处最亮，黑洞质量最大，吸积最活跃的天体 (关于高红移星系中的黑洞，最近还有一篇X-ray叠加技术对高红移“普通”星系的探测，也有很有意思的结论，我们有空再介绍)，从某种意义上讲，甚至可以考虑为，当时宇宙中最明亮的天体；但即便如此，包括考虑到可能的光度和黑洞质量估计的不确定，这个天体都是非常惊人的。
观测发现，这个类星体电离了自己附近1.8Mpc的空间，这个值比红移在 6.0-6.4 的QSO中观测到的，还是小了3倍左右，这个结论如果属实，基本可以用宇宙中中性介质的比例来解释，而ULAS附近 (学术名称叫 near-zone 我不知道怎么翻译。。)的透过率轮廓 (transmission profile，我还是不知道怎么翻译)也与 Damping Lyman-alpha wing的轮廓相符合 (靠，怎么连着都是不会翻译的词；这个概念参考Damped Lyman-alpha Absorber的介绍，就是当中性介质柱密度大于一定值的时侯，中性氢的Lyman-alpha吸收线会因为辐射阻尼的影响而变的很宽，前文提到的wing指的应该就是这个吸收轮廓的线翼部分)。如果按照这个估计，应该这个类星体前面的星系际介质中，中性成分的比例高于 0.1 。
Fig.1: ULAS J112001.481064124.3 的FORS ＋ GNIRS合并光谱，结合低红移类星体的模板光谱，测光信息在图中右上角标注出。
观测细节：
ULAS最早是在UKIDSS红外巡天的数据发布中被确定出来，之所以依赖于红外巡天，是考虑到高红移类星体的光谱特征，对红移大于 6.5 的类星体，光学波段已经不再适合了；后续的光谱观测利用了Gemini-North望远镜上的Gemini Multi-Object Spectrograph (GMOS) 进行，在波长短于 0.98 微米的地方观测到了谱流量的显著陡降，最终确认为红移等于 7.08。尽管再次之前，有个别几个可能的高红移星系候选 (注意，只是候选) 和两个可能的伽马暴的红移高于这个值，但没有一个目标可以获得这么高信噪比的光谱，从而可以对 z=7到z=6.4之间的宇宙性质进行研究。
在确认了红移后，又利用更厉害一些的VLT FORS和Gemini GNIRS (这个是红外光谱仪)进行了进一步的光谱观测，并得到了光学红端到近红外 (2.4微米) 的合并光谱；通过和低红移相近光度的QSO的样板光谱比较，可以看到光谱轮廓非常类似；另外，一些显著的金属发射线也被确认出来，比如 CIV, MgII 等等，这些光谱特征从而进一步确认了类星体的红移。
整个光谱中最显著的特征就是相对于类星体红移有 2,800 km/s 蓝移的CIV发射线，这种程度的蓝移比观测到的 99.9％ 的类星体中的CIV蓝移都要大。在Lyman-alpha发射线的对应波长处可以看到一个吸收线结构，似乎可以用一个与QSO中黑洞很近的HI云团的吸收来解释。前文提到的黑洞质量是通过MgII线的线宽 (3,800 km/s) 根据一定的经验关系得到的。如前所述，即便考虑到误差，在红移6.4-7.1的宇宙中存在如此大质量的黑洞，对早期黑洞“种子”的形成理论，吸积模型都提出了很严格限制。
Fig.2: ULAS和另外两个红移大于6的SDSS高红移QSO得到的Transmission的红移轮廓。
除去这个类星体，或者这个黑洞本身存在之外，本文最大的发现应该就是光谱中发现的Lya谱线蓝段几乎完全没有辐射流量这个结论，虽然这也算是与中性氢吸收的预期相符合的结论吧。前文定义了一个透过率 (Transmission)，这个参数就是观测到的光谱除以图一光谱中蓝端的那条红色Power-law虚线 (QSO的经验连续谱辐射) 得到的值，通过这个估计还可以得到高红移星际介质的光学深度的估计。
Fig.3: ULAS和图二中的两个z>6 QSO得到的QSO邻近区域的透过率轮廓，横坐标为Mpc为单位的空间尺度，可以看到ULAS附近的电离区域明显比另两个红移稍低的QSO小
通过这个轮廓以及与其他几个红移稍低的高红移QSO的比较 (z=6.42, z=6.31)，可以发现，在红移7.1处，类星体周围的星系际介质中中性气体的比例比z=6.2处高了约15倍，类星体的 “Near-zone”，即附近被类星体电离的区域也比6.2处的平均值 (7.4 – 8.0 Mpc) 小了很多。
Fig.4: ULAS的Lya发射线附近的Transmission轮廓与理论估计的几条Damping Lya 轮廓相比较。
果然是重量级文章啊……问下，红移这样高的地方存在这么大的黑洞，对理论上有什么很直接的暗示么？
总之诸多情况表明别指望hierarchical formation可以造大黑洞出来,这些黑洞的种子从哪儿来可能是问题…
选这种天体是不是有点像大海捞针，通过什么方法粗选出来的，文章中是不是没有提到，
报到
刚想动笔，没想到已经写好了:-)
哈哈，我不是故意的，不过你可以写今天那篇后续的嘛
惊奇地发现我这里居然有访问pdf的权限!omg…
Nature的pdf是公开的。
hoho，怎么可能呢，我不在单位都访问不了，以前在南大也不行，可能你还是在学校的IP段看的吧
“The intergalactic medium was not completely reionized until
approximately a billion years after the Big Bang”，然后这篇文章发现的是0.77 Billion years的，这个怎么理解？
有问题么？我没有看出任何逻辑上的矛盾
哦，我是不大理解～
1 billion是大概的数据,统计平均的结果, 依赖于辐射源(主要是星系,贡献少但数目多, 其次是quasar,贡献巨大但数目稀少)相关. 这篇文章可以认为是发现了一个超大的电离源, 它处的位置是宇宙年龄0.77Billion years.
哦，谢谢。
这么高红移, 得到的谱线居然和红移2.3<z<2.6的SDSS quasar的一致. 红移7处的金属线都怎么来得阿,一般高红移的星系的金属丰度都比较小的.
“一般高红移的星系的金属丰度都比较小的” 这种说法从哪里来? 是猜测的还是测出来的? 近年来很多观测都发现高红移星系的金属丰度并不低, 有些甚至很高, 例如 Simon et al. 2010 以及 Juarez et al. 2009 .
这是通过SED拟合得到的星系的金属丰度. 我说的星系都是高红移的Lyman Alpha Emitter.这类源数目巨大, 而且红移越高, 星系里有Lyman Alpha发射线的比例越高. 具体做LAE的SED拟合的文章, 有Guaita et al. 2010(关于z=2.1的LAEs),Gawiser et al. 2007(z=3.1 LAEs),以及Finkelstein et al. 2008(z=4.5 LAEs) 更高红移的我就不清楚了. 你给的文章, 其实是高红移的quasar的宽线区的金属丰度. 高红移的quasar的数目其实是非常少的, 但也特别亮, 所以适合个源来直接测谱线. 单个星系直接测金属线的工作其实现在还是比较困难, 我知道的最高红移星系的金属丰度直接测量的工作应该是Nakajima et al. 2011 (1105.2824) )的工作, 他们用三个窄滤波片, 测量红移2.2处LAE的Lya, Ha 和Oii线.
我把星系和Quasar混谈了. 多谢提醒. 🙂
高红移星系的金属丰度应该低, QSO的金属丰度却可能很高.
Guaita et al. 2010(关于z=2.1的LAEs),Gawiser et al. 2007(z=3.1 LAEs),以及Finkelstein et al. 2008(z=4.5 LAEs)，三篇文章都没有提及SED 拟合金属丰度。求用SED 拟合丰度的文章。
为什么我把LAE和quasar联系到一起, 是因为我们在南天深场(CDFS)的z=4.5的LAE巡天, 我发现113个LAE星系里面只有一个有X-ray辐射 (zheng et al. 2010). 正好别人也证实了这个源是z=4.48的quasar. 这个源在我们选择的Lyman Alpha Emitters里面有最亮的Lyman Alpha线,但它和其他没有X-ray辐射的源没有线强变化的gap. 就是说, 我们选的高红移星系, 最亮一端是quasar, 然后数目只有一个, 也符合quasar的光度函数关系. 其它的都算galaxy, 和星系的光度函数关系也一致. 星系和quasar的区别就是中心是否有大质量黑洞. 似乎星系里面的恒星活跃到一定程度后, 中心必然会出现超大质量的黑洞
学习了。原来，“最”不仅仅是噱头，确实是可以做很好的东西啊。
图三就是图一1um附近的放大图了么？
一直有点混：damp Lya 和 Gunn–Peterson trough 有什么区别呢？