Published March 2021 | Version v1
Journal article

The MUSE Extremely Deep Field: The cosmic web in emission at high redshift

Others:
Centre de Recherche Astrophysique de Lyon (CRAL) ; École normale supérieure - Lyon (ENS Lyon)-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL) ; Université de Lyon-Université de Lyon-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Joseph Louis LAGRANGE (LAGRANGE) ; Université Nice Sophia Antipolis (1965 - 2019) (UNS) ; COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire de la Côte d'Azur ; COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-Université Côte d'Azur (UCA)-Université Côte d'Azur (UCA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Institut de Physique Théorique - UMR CNRS 3681 (IPHT) ; Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Centre Hospitalier Régional Universitaire [Montpellier] (CHRU Montpellier)
Université de Montpellier (UM)
Laboratoire d'Astrophysique de Marseille (LAM) ; Aix Marseille Université (AMU)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Institut de recherche en astrophysique et planétologie (IRAP) ; Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3) ; Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire Midi-Pyrénées (OMP) ; Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3) ; Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France -Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France -Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Institut d'Astrophysique de Paris (IAP) ; Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Service de réanimation médicale [CHU Rouen] ; Hôpital Charles Nicolle [Rouen]-CHU Rouen ; Normandie Université (NU)-Normandie Université (NU)-Université de Rouen Normandie (UNIROUEN) ; Normandie Université (NU)
Groupe de Recherche sur le Handicap Ventilatoire (GRHV) ; CHU Rouen ; Normandie Université (NU)-Normandie Université (NU)-Université de Rouen Normandie (UNIROUEN) ; Normandie Université (NU)-Institute for Research and Innovation in Biomedicine (IRIB) ; Université de Rouen Normandie (UNIROUEN) ; Normandie Université (NU)-Normandie Université (NU)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Rouen Normandie (UNIROUEN) ; Normandie Université (NU)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam (AIP)

Description

We report the discovery of diffuse extended Lyα emission from redshift 3.1 to 4.5, tracing cosmic web filaments on scales of 2.5−4 cMpc. These structures have been observed in overdensities of Lyα emitters in the MUSE Extremely Deep Field, a 140 h deep MUSE observation located in the Hubble Ultra-Deep Field. Among the 22 overdense regions identified, five are likely to harbor very extended Lyα emission at high significance with an average surface brightness of 5 × 10−20 erg s−1 cm−2 arcsec−2. Remarkably, 70% of the total Lyα luminosity from these filaments comes from beyond the circumgalactic medium of any identified Lyα emitter. Fluorescent Lyα emission powered by the cosmic UV background can only account for less than 34% of this emission at z ≈ 3 and for not more than 10% at higher redshift. We find that the bulk of this diffuse emission can be reproduced by the unresolved Lyα emission of a large population of ultra low-luminosity Lyα emitters (< 1040 erg s−1), provided that the faint end of the Lyα luminosity function is steep (α ⪅ −1.8), it extends down to luminosities lower than 1038 − 1037 erg s−1, and the clustering of these Lyα emitters is significant (filling factor < 1/6). If these Lyα emitters are powered by star formation, then this implies their luminosity function needs to extend down to star formation rates < 10−4 M⊙ yr−1. These observations provide the first detection of the cosmic web in Lyα emission in typical filamentary environments and the first observational clue indicating the existence of a large population of ultra low-luminosity Lyα emitters at high redshift.

Abstract

International audience

Additional details

Created:
December 4, 2022
Modified:
November 29, 2023