高红移宇宙致密环境中星系性质研究

Studying the properties of galaxies in different environment at z～2-3, the peak of cosmic star formation density, is essential to understanding how massive galaxies formed and how environment effected on galaxy formation. This program aims to identify two extremely massive overdensities BOSS124 and BOSS1542 at z=2.25, and investigate the properties of their member galaxies using a set of observed data. The content of this research program includes: 1) map the structures and morphologies of the two massive overdensities using Hα and Lyα emitters and shed insights into the growth of proto-clusters of galaxies; 2) determine Hαluminosity function, and present star formation rate function of overdensities at z～2-3; 3) measure extinction, ionization, AGN activity, metallicity and kinematics from near-infrared spectroscopic data obtained with MMT; 4) explore the dynamics of the central regions of the two proto-cluster of galaxies and the evolutionary stage of relaxing; 5) address connections between Lyα absorption systems, galaxies, quasars within the extremely oversense structures at z=2.25.

普查研究宇宙恒星形成活动最剧烈的z～2-3时期不同环境中星系的各方面性质，是理解大质量星系如何形成、环境对星系早期形成影响的关键。本申请项目计划搜寻证认2个z=2.25处极端大质量的高密度区域BOSS1244和BOSS1542，利用多个观测计划获得的数据，研究其成员星系的性质。计划开展的研究内容有：1）利用Hα和Lyα发射线星系示踪这两个高密度区域的结构、形态和成团性，探究大质量原初星系团演化增长模式；2）测定其中的Hα光度函数，给出z～2-3时期致密环境中星系恒星形成率函数；3）基于MMT近红外光谱观测，测定给出中心区域大质量星系的消光、电离参数、AGN活动、化学丰度和运动学特征；4）测定中心区域的动力学结构和性质，检验是否已经位力化；5）研究原初星系团内IGM吸收云、星系、类星体的演化关联。

项目团队开展项目计划书所列的研究任务，获得重要观测数据，实现预期科学目标，发表相应的研究成果（16篇SCI论文）。主要成果有：在高红移宇宙致密环境星系性质观测研究等方面取得系列重要进展：（1）基于窄带发射线天体观测和近红外光谱观测，证认2个z=2.25处大质量的高密度区域BOSS1244和BOSS1542，是迄今z>2最大质量的原星系团；（2）解析BOSS1244有三个子结构，BOSS1542是一个巨型纤维状结构，在高红移宇宙首次发现这类结构；（3）测定了这两个致密结构中的Hα光度函数，与同红移处场星系Hα光度函数形式一致，而BOSS1542的Hα光度函数亮端有微弱的超出，表明其中星系恒星形成和AGN活动相对更剧烈；（4）获得JCMT望远镜SCUBA2 850um的成图观测，两个场中分别探测到43和54个亚毫米波星系，其密度是一般天区的15-30倍左右，揭示极端星暴星系分布在Hα发射线星系示踪的高密区域外围，是首个原星系团形成过程吸积过渡区域增强星系星暴活动的直接观测证据；（5）发现BOSS1244中成员星系的恒星形成率更高，其恒星质量-化学丰度关系（MZR）更平，揭示致密环境对星系化学演化的直接影响。在星系结构和演化方面取得的重要进展有：（6）发现宇宙大尺度环境对星系中恒星形成有决定性影响；（7）给出并合星系潮汐结构特征的统计分析结果；（8）发现恒星形成星系的尘埃遮蔽度普适标度关系；（9)发现星系尘埃消光探针IRX和Hα/Hβ之间的区别由星系比恒星形成率面密度决定。