[論文レビュー] Dust in starburst nuclei and ULIRGs: SED models for observers

R. Siebenmorgen, E. Krügel|ArXiv.org|Jun 19, 2006

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 57被引用数 119

ひとこと要約

本論文は、標準的ミルキーウェイのダスト特性を用いた球対称放射平衡輸送モデルに基づき、星形成爆発核および超高光度赤外銀河（ULIRGs）の7,000個の事前計算済みスペクトルエネルギー分布（SED）の公開ライブラリを提示する。このモデルは、星団と埋め込まれた高温スポットを基盤としており、観測されたSEDをライブラリ内最も近い要素に一致させることで、光度、サイズ、ダスト／ガス質量、減光といった主要パラメータを、最小限の計算負荷で高精度に推定可能である。M82 や Arp220 といった銀河に対して優れたフィットを達成している。

ABSTRACT

We provide a library of some 7000 SEDs (available at www.eso.org/~rsiebenm) for the nuclei of starburst and ultra luminous galaxies. Its purpose is to quickly obtain estimates of the basic parameters, such as luminosity, size and dust or gas mass and to predict the flux at yet unobserved wavelengths. The procedure is simple and consists of finding an element in the library that matches the observations. The objects may be in the local universe or at high z. We calculate the radiative transfer in spherical symmetry for a stellar cluster permeated by an interstellar medium with standard (Milky Way) dust properties. The cluster contains two stellar populations: old bulge stars and OB stars. Because the latter are young, a certain fraction of them will be embedded in compact clouds which constitute hot spots that determine the MIR fluxes. We present SEDs for a broad range of luminosities, sizes and obscurations. We argue that the assumption of spherical symmetry and the neglect of clumpiness of the medium are not severe shortcomings for computing the dust emission. The validity of the approach is demonstrated by matching the SED of seven of the best studied galaxies, including M82 and Arp220, by library elements. In all cases, one finds an element which fits the observed SED very well, and the parameters defining the element are in full accord with what is known about the galaxy from detailed studies. We also compare our method of computing SEDs with other techniques described in the literature.

研究の動機と目的

• 観測されたSEDを用いて、星形成爆発核およびULIRG核の基本的物理的パラメータを迅速かつアクセス可能な方法で推定すること。
• 各源に対してフル放射平衡輸送を実行する計算負荷を軽減するため、事前に包括的なSEDグリッドを計算すること。
• 複雑でクラスタ状の星形成環境に、球対称モデルと標準的ダスト特性が適用可能であるかを検証すること。
• 限られた波長範囲のデータ点（特にMIRおよびsubmm）からも、パラメータ推定が可能であることを示すこと。
• M82 や Arp220 といったよく研究された銀河の観測SEDを、高精度でライブラリ要素に一致させることで、本手法の信頼性を実証すること。

提案手法

• SEDライブラリは、2つの星団（古くはバルジ星、若くはOB星）を有する球対称放射平衡輸送モデルを用いて生成される。
• ダスト特性は、標準的ミルキーウェイ銀河間物質に従い、シリカおよびアモルファスカーボン粒子にMRNサイズ分布を適用し、加えてPAHを含む。
• 埋め込まれたOB星に由来する高温スポットは、コンactかつ高密度領域（nhs = 10²–10⁴ cm⁻³）としてモデル化され、中赤外域の放射を支配する。
• モデルは、近赤外からsubmmにわたり、吸収と熱放射を自己一貫性のある方法で取り扱い、ダストの加熱と再放射を計算する。
• ライブラリは、全光度（10¹⁰–10¹².⁷ L⊙）、サイズ（0.35–3 kpc）、視覚的減光（Av ~ 2–125 mag）、および高温スポット密度の広い範囲をカバーする。
• 観測者は、距離の正規化と最良適合SED要素の選択により、自身のデータをライブラリに一致させる。UV/光学/NIRデータが必要な場合は、追加の星団成分を加える。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 球対称で標準的ダスト特性を有するモデルは、複雑でクラスタ状の星形成爆発核のSEDを正確に再現できるか？
• RQ2 事前に計算されたSEDライブラリは、パラメータ推定において、フル放射平衡輸送モデルの代替としてどの程度有効か？
• RQ3 限られた波長カバレッジからの基本的物理パラメータ（光度、サイズ、ダスト質量、減光）はどの程度正確に制約できるか？
• RQ4 低分解能の遠赤外観測において、ディスクの混入がSEDフィッティングに及ぼす影響は何か？
• RQ5 最小限のMIRおよびsubmmデータポイント（例：Spitzer 8および24 μm、および1点のsubmm）から、全光度およびダスト温度を信頼できる精度で制約できるか？

主な発見

• 7つのよく研究された銀河（M82 や Arp220 を含む）の観測SEDが、1源あたり1つのライブラリ要素のみを用いて、高精度で再現された。
• M82 や NGC6240 のような銀河では、10 μm未満の波長域に適合させるために、ライブラリSEDに低光度の星団成分を追加する必要がある。これは、核またはディスクからの吸収されない光の寄与によるものと推定される。
• 2つのMIRデータポイント（例：Spitzer 8および24 μm）と1つのsubmmポイントのみを用いても、光度の制約が約2倍の誤差で達成された。
• 球対称性の仮定が精度に著しい制限を及えないことが示された。これは、物理的スケールがクラスターよりも大きく、高減光でクラスタ状の系に対しても良好なフィットが得られたことから裏付けられている。
• 核がディスクよりもはっきりと明るい場合、遠赤外およびsubmm領域におけるディスク混入は無視できる。これは星形成爆発において一般的な状況である。
• 1点のミリ波長連続スペクトル点から、内部構造や観測方向に依存しない、信頼性の高いダスト質量推定が可能である。