[論文レビュー] Constraints on Dusty Star Formation at High Redshift from Ultraviolet, Far-Infrared, and Radio Surveys

Kurt L. Adelberger, Charles C. Steidel|arXiv (Cornell University)|Jan 8, 2000

Astronomy and Astrophysical Research被引用数 1

ひとこと要約

本稿は、高赤方偏移銀河における全波長星形成率を信頼性高く推定するため、紫外線、準赤外線、電波の放射率の間の局所的経験的相関が適用可能かどうかを検討する。その結果、1<z<5の紫外線選択銀河が、局所のダスト再放射法則に従うと仮定した場合、未検出の極めてダストで覆われた銀河が大量に存在する必要なく、850 μmの背景放射および数密度分布を完全に説明できることが判明した。

ABSTRACT

If high-redshift galaxies resemble rapidly star-forming galaxies in the local universe, most of the luminosity emitted by their massive stars will have been absorbed by dust and re-radiated at far-infrared wavelengths that are largely inaccessible to ground-based observations. The bolometric luminosity produced by star formation in distant galaxies must be estimated indirectly through empirical, locally established correlations between bolometric luminosity and fluxes at far-UV, mid-IR, sub-mm, and radio wavelengths. Data from the local universe, which we review and quantify, suggest that observations in each of these more accessible wave bands can constrain the bolometric luminosity of rapidly star-forming galaxies to within ~ 0.3 dex. We assemble the limited evidence that high-redshift galaxies obey these locally calibrated correlations. Observations of the far-UV, sub-mm, radio, and mid-IR fluxes of galaxies at 1&lt;z&lt;3 are largely consistent with the idea that the same correlations exist for star-forming galaxies at high redshift. We show that, if this is the case, then known UV-selected galaxy populations at 1&lt;z&lt;5 could by themselves account for the entire 850 micron background and the shape of the observed 850 micron number counts, provided they have the same distribution of dust opacities as inferred for the well studied Lyman-break galaxies at z~3. None of the available data at 850 microns appear to require a significant fraction of star formation in the universe to have occurred in galaxies so heavily obscured by dust that they could not be detected in UV-selected surveys.

研究の動機と目的

• 局所の星形成銀河で観測された紫外線、準赤外線、電波の放射率の間の経験的相関が、高赤方偏移の星形成銀河に信頼性を持って拡張可能かどうかを評価すること。
• 1<z<5の既知の紫外線選択銀河集団が、観測されたサブミリ波長背景および数密度分布をどの程度説明できるかを特定すること。
• 観測された850 μm背景が、顕著な量のダストで覆われたが紫外線で検出されない銀河の集団を必要としているかどうかを検証すること。
• z~3のライマンブレイク銀河から推定されたダスト吸収率分布が、より高い赤方偏移の集団に適用可能かどうかを評価すること。

提案手法

• 局所の星形成銀河から得られた経験的相関を用いて、観測可能な紫外線、準赤外線、電波の放射度から全波長放射度を推定する。
• 1<z<3の赤方偏移範囲における紫外線、サブミリ波長、中赤外線、電波データを有する高赤方偏移銀河にこれらの相関を適用する。
• 紫外線選択銀河から予測された850 μm背景および数密度分布を観測値と比較する。
• 星の光が準赤外線放射に再放射される過程をモデル化するため、よく研究されたz~3のライマンブレイク銀河のダスト吸収率分布を仮定する。
• 観測された850 μm放射度と紫外線選択サンプルに基づく予測との整合性を評価する。
• データが、紫外線調査で検出されない追加の極めて遮蔽された星形成を必要としているかどうかを検証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 局所の星形成銀河で観測された紫外線、準赤外線、電波の放射率の間の経験的相関が、高赤方偏移の星形成銀河に信頼性を持って適用可能か？
• RQ2 1<z<5の紫外線選択銀河が、観測された850 μmの銀河間背景をどの程度説明できるか？
• RQ3 観測された850 μmの数密度分布が、顕著なダストで覆われたが紫外線で検出されない銀河の集団を必要としているか？
• RQ4 z~3のライマンブレイク銀河から推定されたダスト吸収率分布が、より高い赤方偏移の星形成銀河に適用可能か？
• RQ5 もし局所の相関が成り立つならば、高赤方偏移における宇宙の星形成のどの程度が紫外線調査で見えないまま隠されているだろうか？

主な発見

• 1<z<3の銀河における紫外線、サブミリ波長、中赤外線、電波の放射度観測は、局所の星形成銀河で観測された同じ経験的相関と整合している。
• 高赤方偏移銀河が局所の相関に従うと仮定した場合、1<z<5の紫外線選択銀河集団が観測された850 μmの銀河間背景を完全に説明できる。
• z~3のライマンブレイク銀河と同じダスト吸収率分布を仮定した場合、紫外線選択銀河が観測された850 μmの数密度分布の形状を再現できる。
• 高赤方偏移における星形成の顕著な割合が、紫外線調査で検出不能なほど極めて遮蔽された銀河で発生しているとは見えない。
• 850 μmのデータは、未検出の極めてダストで覆われた星形成銀河の大量集団を必要としていない。
• これらの相関を用いた全波長放射度推定の散らばりは約0.3 dex以内であり、高赤方偏移への応用において信頼性が高いことを支持している。