红移约3.6处一个被透镜放大的恒星形成星系的分子气体性质：案例研究

我们报道了在赫歇尔透镜快照巡天（Herschel Lensing snapshot Survey）对大质量星系团的观测中发现的、红移 z=3.6314 的星系 MACSJ0032-arc，它被星系团 MACSJ0032.1+1808 强透镜放大。成功探测到其静止帧紫外、光学、远红外、毫米和射电连续谱，以及 CO 发射线，使我们首次在如此高红移处刻画了一个尺寸小于 2.5 kpc、恒星质量相当低（4.8x10^9 Msun）且 IR 光度适中（4.8x10^11 Lsun）的致密恒星形成星系的恒星、尘埃和分子气体性质。我们发现大部分分子气体质量和恒星形成似乎与静止帧紫外发射在空间上脱耦。约90%的总恒星形成率在静止帧紫外波长处未被探测到，因为受到尘埃的严重遮蔽，但通过热远红外尘埃发射和射电同步辐射可见。观测到的 CO(4-3) 和 CO(6-5) 线表明，高 J 跃迁（至少到 J=6）在该星系中保持激发，其 CO 谱线能分布类似于高红移亚毫米波星系，尽管 MACSJ0032-arc 的 IR 光度低十倍。这种高 CO 激发可能归因于星系的致密性。我们发现证据表明，在估算 CO 到 H2 的转换因子时，必须考虑这种高 CO 激发的平衡。推断出的 MACSJ0032-arc 分子气体耗尽时间支持星系气体耗尽时标随红移递减，尽管程度小于星系演化模型预测。相反，在 MACSJ0032-arc 中测量到的高达60-79%的分子气体分数，支持星系气体分数随红移持续增加这一预期，尽管在 z~1.5 和 z~2.5 之间观察到平台。