高红移极强阻尼莱曼α系统：气体冷却与 H$_2$ 形成

我们展示了利用 VLT/X-shooter 对沿类星体视线观测到的七个候选极强阻尼莱曼-$\alpha$ 吸收系统（ESDLA，$N(\text{HI})\ge 5\times 10^{21}$ cm$^{-2}$）进行的光谱研究。我们确认了极高的柱密度，尽管其中四个系统比原始 ESDLA 定义略低（0.1~dex）。我们测量了所有系统的低电离金属丰度与尘埃消光。对于两个系统，我们还发现了强关联的 H$_2$ 吸收 \log N(\text{H_2$)[cm$^{-2}]}=18.16\pm0.03 和 $19.28\pm0.06$（分别位于 $z=3.26$ 和 $2.25$，朝向 J2205+1021 与 J2359+1354），而其余五个我们给出了通常 \log N(\text{H_2$)[cm$^{-2}]}<17.3 的 H$_2$ 柱密度保守上限。相较于整体阻尼莱曼-$\alpha$ 群体（$\sim 5-10\%$），高 HI 柱密度下 H$_2$ 探测率（68% 置信水平下 $10-55\%$）的提升证实了先前工作。我们发现这七个 ESDLA 具有与先前在类星体和伽马射线暴余辉中研究的系统相似的观测性质，表明它们探测的是星系内部区域。我们利用激发精细结构能级中电离碳的丰度，通过 CII $\lambda$158$\mu$m 发射计算冷却率，并与文献中阻尼莱曼-$\alpha$ 系统的冷却率比较。我们发现 ESDLA 的冷却率分布也呈现出与先前观测到的一般（多为较低 HI 柱密度）阻尼莱曼-$\alpha$ 群体相同的双峰性。