[論文レビュー] Chemically consistent evolution of galaxies: II. Spectrophotometric evolution from zero to high redshift
本論文では、E型からSd型の銀河に対して、金属量依存の星の等温線、生成物、スペクトルを組み込んだ化学的に整合性のある進化合成モデルを提示する。このモデルは、z ≈ 5から現在までのスペクトロ光度的進化を再現する。金属量が低い場合に、明るさと色の進化が顕著に変化することが示され、楕円銀河はz ≈ 2.5でより暗く、スパイラル銀河はz > 2でより明るく見える。これは、ハッブル・ディープフィールドなどの高赤方偏移データとより良好に一致する。
We present a new generation of chemically consistent evolutionary synthesis models for galaxies of various spectral types from E through Sd. The models follow the chemical enrichment of the ISM and take into account the increasing initial metallicity of successive stellar generations using recently published metallicity dependent stellar evolutionary isochrones, spectra and yields. Our first set of closed-box 1-zone models does not include any spatial resolution or dynamics. For a Salpeter initial mass function (IMF) the star formation rate(SFR) and its time evolution are shown to successfully parameterise spectral galaxy types E, ..., Sd. We show how the stellar metallicity distribution in various galaxy types build up with time to yield after $\sim 12$ Gyr agreement with stellar metallicity distributions observed in our and other local galaxies. The models give integrated galaxy spectra over a wide wavelength range (90.9Å- 160$μ$m), which for ages of $\sim 12$ Gyr are in good agreement not only with observed broad band colours but also with template spectra for the respective galaxy types. Using filter functions for Johnson-Cousins, as well as for HST broad band filters in the optical and Bessel & Brett's NIR filter system, we calculate the luminosity and colour evolution of model galaxies over a Hubble time. Including a standard cosmological model and the attenuation by intergalactic hydrogen we present evolutionary and cosmological corrections as well as apparent luminosities in various filters over the redshift range from z $\sim 5$ to the present for our galaxy types and compare to earlier models using single (=solar) metallicity input physics only. We also present a first comparison of our cc models to HDF data.(Abridged abstract)
研究の動機と目的
- 星の集団の金属量と銀河間物質（ISM）の豊度増加を時間的に追跡する化学的に整合性のある進化合成モデルの構築を目的とする。
- 既存のモデルが太陽金属量の星の集団のみを仮定しているため、局所銀河における観測された低金属量星の分布を再現できないという限界を克服することを目的とする。
- UVからNIRまでの波長域（90.9 Å – 160 μm）をカバーするスペクトロ光度的モデルを提供し、銀河タイプに応じた観測されたテンプレートスペクトルとバンド色と一致させることを目的とする。
- E型からSd型の銀河に対して、赤方偏移z ≈ 5から0までの進化補正、宇宙論的補正、見かけの等級、k補正を提供することを目的とする。
- 化学的進化とスペクトル合成を統合することで、リーマン・ブレイク銀河やダムプド・リーザイオン吸収体といった高赤方偏移銀河データの一貫した解釈を可能とすることを目的とする。
提案手法
- モデルは、時間に依存する星形成歴（SFH）をE型からSd型の銀河タイプに適合させるために、閉じたボックス、1ゾーンのアプローチを用いる。
- 星の進化は、最近の文献から得た金属量依存の等温線、スペクトル、核融合生成物を用いてモデル化する。
- ISMの金属量と光度重み付き星の金属量の時間的進化を自己整合的に計算し、金属量分布の時間的蓄積を反映する。
- スペクトルエネルギー分布（SED）は90.9 Åから160 μmまで計算され、任意のフィルタ応答関数との直接畳み込みが可能となる。
- 宇宙論的補正にはH₀ = 65 km s⁻¹ Mpc⁻¹およびΩ₀ = 0.1を用い、銀河間水素による減光も含む。
- モデルは、局所銀河の統合SEDと色を観測されたテンプレートスペクトルおよびバンド色と比較することで検証された。
実験結果
リサーチクエスチョン
- RQ1低金属量を考慮した化学的に整合性のあるモデルが、z ≈ 5から現在までの銀河の予測明るさと色の進化にどのように影響を与えるか？
- RQ2現実的な金属量分布を持つモデルが、E型、Sa型、Sd型銀河の観測された統合スペクトルとバンド色をどの程度再現できるか？
- RQ3低金属量を含めた場合と太陽金属量の星のみを仮定した場合とで、進化補正と宇宙論的補正にどのような違いが生じるか？
- RQ4モデルは、ハッブル・ディープフィールド銀河の赤方偏移に伴う明るさ、色、星形成率の進化を再現できるか？
- RQ5予測されたSEDと等級は、リーマン・ブレイク銀河およびダムプド・リーザイオン吸収体の観測データとどの程度一致するか？
主な発見
- 約12 Gyrの進化後、モデルは局所銀河の観測された星の金属量分布を再現でき、E型およびSd型銀河に見られる広がった低金属量尾を含む。
- 化学的に整合性のあるモデルでは、楕円銀河は太陽金属量モデルと比較して、赤方偏移z ≈ 2.5で顕著に暗く見える。これは、明るさ限界の調査で予想される数が減少することを示唆する。
- 後期スパイラル銀河（Sd型）は、化学的に整合性のあるモデルでは太陽金属量モデルと比較して、z > 2で明るく見える。これは、高赤方偏移調査における検出可能性が向上することを示唆する。
- モデルは、E型、Sa型、Sd型の全波長域（90.9 Å – 160 μm）で、観測されたテンプレートスペクトルとバンド色と一致する統合SEDを生成する。
- 異なるバンドでの光度重み付き金属量の時間的進化は、統合銀河光の金属感受性吸収ラインから推定された金属量と一致する。
- ハッブル・ディープフィールドデータとの予備比較では、z ≈ 0.5からz > 4の範囲で、モデル予測と観測された赤方偏移、明るさ、星形成率の両者に良好な整合性が得られた。
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このレビューはAIが作成し、人間の編集者が確認しました。