The Proximity Effect in Quasar Spectra as an Astrophysical Tool
Final Report Abstract
Der so genannte "Proximity Effect"(PE) ist ein Phänomen, das in den Absorptionslinienspektren hochrotverschobener Quasare auftritt. Dabei reduziert die ionisierende Strahlung von Quasaren die Dichte des neutralen Wasserstoffs in der Nahzone der Quasare und erhöht somit die Transparenz des intergalaktischen Mediums bei den entsprechenden Wellenlängen. Die DFG-Fördermittel wurden zur Unterstützung von zwei Teilprojekten verwendet, die sich mit verschiedenen Aspekten des PE befassten: Im ersten Teilprojekt konnten wir demonstrieren, dass der PE grundsätzlich in jedem Quasarspektrum hinreichender Datenqualität nachweisbar ist. Dazu extrahierten wir die bis dato umfangreichste Stichprobe hochwertiger Spektren aus dem Datenarchiv der Europäischen Südsternwarte und analysierten sie. Das zentrale astrophysikalische Ergebnis unserer Untersuchung war die Bestimmung der Intensität des metagalaktischen UV-Strahlungsfeldes als Funktion der Rotverschiebung. Die Robustheit dieses Resultats wurde anschließend ausgiebig durch verschiedene numerische Simulationen abgesichert. Die ermittelten Werte sind in exzellenter Übereinstimmung mit den Vorhersagen theoretischer Modelle. Im zweiten Teilprojekt konzentrierten wir uns auf eine spezielle Variante des PE, nämlich auf den von uns erstmals im Rahmen einer Vorstudie nachgewiesenen "Transverse Proximity Effect in Spectral Hardness" Durch Auswertung einer weiteren Sichtlinie konnten wir die Signifikanz dieses Nachweises bedeutend erhöhen. Als wichtige astrophysikalische Schlussfolgerung folgt eine untere Grenze der Lebensdauer der untersuchten Quasare von der Größenordnung der transversalen Lichtlaufzeit, also von etwa 10-30 Millionen Jahren. Im Rahmen des Projekts wurden zwei Dissertationen erfolgreich abgeschlossen und verteidigt. Zwei wesentliche Aspekte, die bei Antragstellung nicht absehbar waren, sind erwähnenswert: Aus dem erstmals erfolgten Nachweis des PE in sämtlichen untersuchten Sichtlinien ergab sich die unerwartete Erkenntnis, dass die seit vielen Jahren etablierte Standardmethode, aus der mittleren Stärke des PE eine Abschätzung der Intensität des metagalaktischen UV-Strahlungsfeldes I uv abzuleiten, nicht erwartungswertgetreu ist und zu systematisch falschen Zahlenwerten führt. Unser Ansatz der Untersuchung einzelner Sichtlinien gab uns nun aber auch gleich die Möglichkeit, ein neues Verfahren zur Kombination der spektralen Information zu entwickeln, das die oben genannten methodischen Probleme vermeidet - also eine erwartungswertgetreue Schätzung von I uv liefert. Dieser zusätzliche (erhebliche) methodische Aufwand war aber nicht im ursprünglichen Arbeitsprogramm enthalten. Eine Ausdehnung der Suche nach dem "Transverse PE in Spectral Hardness" auf weitere Sichtlinien war im Rahmen der Projektdurchführung nicht möglich, da die dafür zwingend erforderlichen UV-Spektren von Quasaren bei z > 2.8 nicht existierten. Gegen Ende des Projektzeitraums gelang es uns, einen (ursprünglich gar nicht geplanten) Beobachtungsantrag beim Hubble-Weltraumteleskop für die Suche nach neuen geeigneten Quasar-Sichtlinien gegen starke US-Konkurrenz durchzubekommen. Die Daten konnten mit Erfolg aufgenommen werden; damit ist die wichtigste Grundlage für eine Fortführung des Projekts in den kommenden Jahren gegeben.
Publications
- 2007, A&A, 473, 805. The transverse proximity effect in spectral hardness on the line of sight towards HE 2347-4342
Worseck G., Fechner C , Wisotzki L., Dall'Aglio A.
- 2008, A&A 487, 539. A slitless spectroscopic survey for quasars near quasars
Worseck G., Wisotzki L., Selman F.
- 2008, A&A, 480, 359. The linc-of-sight proximity effect in individual quasar spectra
Dall'Aglio A., Wisotzki L., Worseck G.
- 2008, A&A, 491, 465. An unbiased measurement of the UV background and its evolution via the proximity effect in quasar spectra
Dall'Aglio A., Wisotzki L., Worseck G.
- 2010, A&A, 524, A85. Cosmological radiative transfer for the line-of-sight proximity effect
Parti A. M., Dall'Aglio A., Müller V., Hensler G.
- 2010, ApJ, 722, 699. Analysis of Methods for Detecting the Proximity Effect in Quasar Spectra
Dall'Aglio A., Gnedin N. Y.
- 2011, ApJ, 733, L24. The End of Helium Reionization at z ~ 2.7 Inferred from Cosmic Variance in HST/COS He II Lyα Absorption Spectra
Worseck G., Prochaska J. X., McQuinn M., Dall'Aglio A., Fechner C , Hennawi J.F., Reimers D., Richter P., Wisotzki L.
