Modelling a group-scale lens at z ~ 0.6

Abstract

Understanding galaxy formation and evolution is still an open question in modern Astronomy and characterizing high-redshift galaxies can provide insights on these topics. Submillimeter galaxies (SMG) are an important population at high redshifts (z ~ 2 − 4), since they have extremely high star formation activity with star formation rates (SFR) ranging from 100 to 1000 M year−1 and infrared luminosities > 1012L . SMGs can be magnified due to the gravitational lensing effect, increasing the spatial resolution and the signal-to-noise ratio of the observations, making the study of these galaxies with a great level of detail possible. The detection of lensed SMGs also allows for the investigation of the foreground object, which can be galaxies, galaxy groups or galaxy clusters. Studying the mass distribution of these systems can provide constrains on how large-scale structure in the Universe formed and evolved. Of particular interest is the mass distribution of galaxy groups, since they bridge the gap between individual galaxies and galaxy clusters. It is well known that gravitational lensing is a suitable tool for measuring the distribution of mass for a wide range of systems. In this work we study the HELMS18 system, a galaxy group with two central galaxies, an early-type galaxy (ETG) and one containing a quasar, at z = 0.6 that is gravitationally lensing a submillimeter galaxy at z = 2.39, from the Herschel’s HerMES Large Mode Survey (HELMS). We present the modelling of this groupscale lens and the reconstruction of the unlensed emission of the source. We have used the semilinear inversion method to model the high-resolution data of HELMS18, obtained with the Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA). The modelling that recovers observational features is a combination of Navarro-Frenk-White for the group component and two singular isothermal ellipsoids for the two central galaxies of the group. Our modelling recovers the source surface brightness distribution and the reconstruction reveals that the unlensed emission of HELMS18 has two elongated and disturbed components separated by 9.5 kpc, suggesting a possible merger. As part of this project we conducted Gemini GMOS multi-object spectroscopy, targeting the two central galaxies and the possible members of the group. With Gemini data we confirmed that the two central galaxies are at the same redshift. We determined that the early-type galaxy is at redshift zETG = 0.60246 ± 0.00004 and the quasar is at redshift zQSO = 0.59945 ± 0.00009, and the relative velocity between the two central galaxies is ∆v = 903 ± 30 km s−1 .

Como as galáxias se formam e evoluem ainda é uma questão em aberto na Astronomia moderna e caracterizar galáxias em altos desvios para o vermelho pode fornecer informações sobre esse processo. Galáxias submilimétricas são uma população importante em z~ 2 − 4, já que elas possuem uma alta atividade de formação estelar com taxas de formação estelar indo de 100 a 1000 M ano−1 e luminosidades no infravermelho > 1012L . Galáxias submilimétricas podem ser magnificadas devido ao efeito de lentes gravitacionais, aumentando a resolução espacial e a razão sinal-ruído da observação, assim possibilitando o estudo dessas galáxias com um grande nível de detalhe. A detecção de galáxias submilimétricas lenteadas também permite a investigação do objeto que atua como lente, o qual pode ser uma galáxia, um grupo ou um aglomerado de galáxias. Estudar a distribuição de massa desses sistemas pode fornecer vínculos em como a estrutura em grande escala do Universo se formou e evoluiu. A distribuição de massa de grupos de galáxias é particularmente interessante, já que eles fazem a ponte entre galáxias individuais e aglomerados de galáxias. Sabe-se que o lenteamento gravitacional é uma ferramenta útil para medir distribuição de massa para uma ampla variedade de sistemas. Nesse trabalho nós estudamos o sistema HELMS18, um grupo de galáxias com duas galáxias centrais, uma elíptica e um quasar, em z = 0.6 que está lenteando gravitacionalmente uma galáxia submilimétrica em z = 2.39, do Herschel HerMES Large Mode Survey (HELMS). Apresentamos o modelamento desse grupo de galáxias que atua como lente gravitacional e a reconstrução da emissão não lenteada da fonte. Usamos o método de inversão semilinear para modelar dados de alta resolução do HELMS18, obtidos com o Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA). O modelo que recupera características observacionais é uma combinação de um perfil de densidade de Navarro-FrenkWhite, para a componente do grupo, e dois elipsóides isotérmicos singulares, para as duas galáxias centrais. O modelamento recupera a distribuição de brilho superficial da fonte e a reconstrução revela que a emissão não lenteada da fonte possui duas componentes alongadas e distorcidas, separadas por 9.5 kpc, sugerindo uma possível fusão de galáxias. Como parte desse projeto, nós conduzimos observações de espectroscopia multi-objeto com o telescópio Gemini a fim de obter dados das duas galáxias centrais e dos possíveis membros do grupo. Com os dados do Gemini nós confirmamos que as duas galáxias centrais estão no mesmo desvio para o vermelho. Nós determinamos o desvio para vermelho da galáxia passiva e do quasar, respectivamente zETG = 0.60246 ± 0.00004 e zQSO = 0.59945 ± 0.00009. Baseado nisso, determinamos que a velocidade relativa entre as duas galáxias centrais é ∆v = 903±30 km s−1 .