[論文レビュー] Absorption line indices in the UV. Empirical and theoretical stellar population models

Claudia Maraston, Luis Antonio Rojas Nieves+2 more|ArXiv.org|Nov 4, 2008

Astronomy and Astrophysical Research被引用数 25

ひとこと要約

本稿では、観測的IUE星スペクトルと理論的Kurucz合成スペクトルを組み合わせることで、星族モデルの遠・中紫外線（UV）吸収ラインインデックスの包括的セットを提示している。11個の遠紫外線インデックス（2000 Åより短波長）は、マゼラン雲の球状星団を用いて検証され、若い高赤方偏移銀河および局所星族における年齢と金属量の決定に信頼性があることが示された。

ABSTRACT

(Abridged). Stellar absorption lines in the optical have been extensively studied and constitute an important stellar population diagnostic for galaxies in the local universe and up to moderate redshifts. Proceeding towards higher look-back times, galaxies are younger and the ultraviolet becomes the relevant spectral region where the dominant stellar populations shine. A comprehensive study of ultraviolet absorption lines of stellar population models is however still lacking. We study absorption line indices in the far and mid-ultraviolet in order to determine age and metallicity indicators for UV-bright stellar populations in the local universe as well as at high redshift. We explore empirical and theoretical spectral libraries and use evolutionary population synthesis to compute synthetic line indices of stellar population models. From the empirical side, we exploit the IUE-low resolution library of stellar spectra and system of absorption lines. From the theoretical side we use a high-resolution library of Kurucz synthetic spectra. In order to select indices that can be used as age and/or metallicity indicators for distant galaxies and globular clusters, we compare the models to data of template globular clusters from the Magellanic Clouds. We provide synthetic line indices in the wavelength range 1200 Angstrom to 3000 Angstrom for stellar populations of various ages and metallicities. This adds several new indices to the well-studied CIV and SiIV absorptions. Based on the comparison with globular cluster data, we select a set of 11 indices blueward of the 2000 Angstrom rest-frame that allows to recover well the ages and the metallicities of the clusters. These indices are ideal to study young galaxies at high redshift. We also provide the synthetic high-resolution stellar population SEDs.

研究の動機と目的

• 1200–3000 Å範囲における星族モデルの包括的UV吸収ラインインデックスの開発を目的とする。
• 観測的IUEデータと理論的Kuruczスペクトルを統合することで、UV星族モデルにおけるギャップを埋める。
• 高赤方偏移銀河および球状星団における若い星族の信頼できる年齢および金属量指標として機能する強固なUVラインインデックスの同定を目的とする。
• 独立して知られている年齢と金属量を有するマゼラン雲の球状星団における観測インデックスと比較することで、モデル予測の妥当性を検証する。
• 人口合成研究に使用可能な公開用の高分解能SEDおよび合成ラインインデックスの提供を目的とする。

提案手法

• Fanelliら（1992）のライブラリを用いて、星の温度、重力、金属量を関数とする観測的IUEラインインデックスの解析的フィッティング関数（FFs）を構築した。
• Kurucz合成スペクトルを用いて金属量依存性をFFsに組み込み、太陽系金属量を超える範囲への適用可能性を拡張した。
• FFsを進化的星族合成コードに統合し、年齢および金属量が異なる星族の合成ラインインデックスを計算した。
• M05星族モデルの高分解能Kurucz SEDから直接理論的ラインインデックスを計算した。
• 観測的および理論的モデルを、マゼラン雲の球状星団からの観測IUEデータと比較することで、両モデルの妥当性を検証した。
• 年齢および金属量回復に良好な一致を示す11個の遠UVインデックス（λ < 2000 Å）の強固なセットを特定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 1200–3000 Å範囲におけるUV吸収ラインインデックスの中で、若い星族の年齢および金属量に最も感受性が高いのはどれか？
• RQ2 観測的および理論的UVラインインデックスは、独立して知られている年齢と金属量を有する球状星団において、観測インデックスをどの程度正確に再現するか？
• RQ3 観測的および理論的モデルの系統的差異が、高赤方偏移銀河における年齢および金属量推定にどの程度影響を及えるか？
• RQ4 ダスト減光補正がなければ、UVラインインデックスが星族パラメータの診断に信頼性を持って使用できるか？
• RQ5 元素比の変動（例：α過剰）が、金属量および年齢決定におけるUVインデックスの信頼性にどのような影響を及えるか？

主な発見

• 本研究では、1200–3000 Å範囲における19の吸収特徴について合成UVインデックスを提供しており、CIVやSiIVを越えるUV診断ツールの大幅な拡充がなされた。
• 11個の遠UVインデックス（λ < 2000 Å）は、マゼラン雲の球状星団における観測インデックスと良好な一致を示し、年齢および金属量の決定に信頼性があることが判明した。
• 選択されたインデックスを用いることで、両方のモデル（観測的および理論的）が、文献値の年齢および金属量を良好に回復しており、年齢の平均二乗残差は約0.1 Gyr、金属量の平均二乗残差は約0.1 dexであった。
• Kurucz SEDに基づく理論的モデルとIUE FFsに基づく観測的モデルは、選択された遠UVインデックスにおいて一貫した結果を示し、統合手法の妥当性が裏付けられた。
• 中UVインデックス（1200–2000 Å）は、球状星団データとの一致がやや劣っており、これは観測スペクトルの限界やモデル仮定の問題に起因する可能性があり、さらなる検討が要される。
• 結果から、球状星団における化学成分の異常（例：α過剰）が、選択された遠UVインデックスを用いた年齢および金属量の推定に顕著な影響を及えないことが示唆された。