[論文レビュー] Galaxy Modelling -- I. Spectral Energy Distributions from Far-UV to Sub-mm Wavelengths

Julien Devriendt, B. Guiderdoni+1 more|ArXiv.org|Jun 21, 1999

Calibration and Measurement Techniques被引用数 12

ひとこと要約

本論文では、遠紫外線からミリ波長帯にまで及ぶ銀河スペクトルエネルギー分布（SED）を自己整合的かつ一貫してモデル化するSTARDUSTを提案する。星族合成と金属量依存の減光、および現象論的ダストモデルを組み合わせることで、IMF、SFR timescale、ガス密度、年齢といった最小限の自由パラメータを用いて、局所のスパイラル銀河、スターバースト銀河、LIRGs、ULIRGsのSEDを正確に再現する。

ABSTRACT

(abridged) We present STARDUST, a new self-consistent modelling of the spectral energy distributions (SEDs) of galaxies from far-UV to radio wavelengths. In order to derive the SEDs in this broad spectral range, we first couple spectrophotometric and (closed-box) chemical evolutions to account for metallicity effects on the spectra of synthetic stellar populations. We then use a phenomenological fit for the metal-dependent extinction curve and a simple geometric distribution of the dust to compute the optical depth of galaxies and the corresponding obscuration curve. This enables us to calculate the fraction of stellar light reprocessed in the infrared range. In a final step, we define a dust model with various components and we fix the weights of these components in order to reproduce the IRAS correlation of IR colours with total IR luminosities. This allows us to compute far-IR SEDs that phenomenologically mimic observed trends. We are able to predict the spectral evolution of galaxies in a broad wavelength range, and we can reproduce the observed SEDs of local spirals, starbursts, luminous infrared galaxies (LIRGs) and ultra luminous infrared galaxies (ULIRGs). This modelling is so far kept as simple as possible and depends on a small number of free parameters, namely the initial mass function (IMF), star formation rate (SFR) time scale, gas density, and galaxy age, as well as on more refined assumptions on dust properties and the presence (or absence) of gas inflows/outflows.

研究の動機と目的

• 遠紫外線からミリ波長帯にまで及ぶ銀河SEDを、自己整合的かつ一貫してモデル化すること。
• 結合されたスペクトロフォトメトリックおよび化学的進化を用いて、金属量の影響を星族に反映させること。
• 減光曲線およびダスト成分の重みを現象論的に扱うことで、ダストの減光と再放射をモデル化すること。
• IRASデータで観測された赤外線色-全波長赤外線光度関係を再現すること。
• 最小限の自由パラメータで、多様な銀河タイプのスペクトル的進化を予測すること。

提案手法

• 金属量依存の星族スペクトルを計算するために、スペクトロフォトメトリックおよびクローズドボックス化学的進化モデルを結合する。
• 金属量依存の減光曲線と幾何的ダスト分布を用いて、光学的厚さと遮蔽を計算する。
• 調整可能な重みを持つ多成分ダストモデルを用い、IRASの赤外線色と全赤外線光度の相関関係を再現する。
• 星の放射、ダストによる減光、再放射される赤外線放射を統合した一貫したSEDフレームワークを構築する。
• 観測されたIRASの色-光度関係を用いて、ダスト成分の重みをキャリブレーションし、現象論的整合性を確保する。
• IMF、SFR timescale、ガス密度、銀河年齢といった主要パラメータを変化させ、多様な銀河タイプを模擬する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 物理的および現象論的要素を組み合わせることで、遠紫外線からミリ波長帯にまで及ぶ銀河SEDをどのように一貫してモデル化できるか？
• RQ2 金属量依存の星族合成とダスト減光は、局所銀河の観測SEDをどの程度正確に再現できるか？
• RQ3 キャリブレーションされた成分重みを持つ単純なダストモデルは、IRASの赤外線色と全赤外線光度の相関関係を再現できるか？
• RQ4 IMF、SFR timescale、ガス密度、銀河年齢の変動が、予測されるSEDにどのように影響を与えるか？
• RQ5 本モデルは、スパイラル銀河、スターバースト銀河、LIRGs、ULIRGsを含む多様な銀河タイプのSEDを再現できるか？

主な発見

• STARDUSTモデルは、遠紫外線からミリ波長帯にかけて、局所のスパイラル銀河、スターバースト銀河、LIRGs、ULIRGsのSEDを成功裏に再現した。
• 金属量依存の減光とキャリブレーションされた多成分ダストモデルの導入により、観測されたIRASの色-光度関係を正確に再現できた。
• IMF、SFR timescale、ガス密度、銀河年齢といったわずかな自由パラメータで、観測と良好な一致を示した。
• IRASデータに合わせて調整された重みを持つ現象論的ダストモデルは、複雑な放射平衡計算を要せず、観測された遠赤外線SEDトレンドを効果的に再現した。
• 本モデルは、明るい赤外線銀河において、ダストによる再放射が全星の光の大部分を占めることを示した。
• 本フレームワークは強固で自己整合的であり、星の進化、ダストによる減光、赤外線再放射を統合した一元的な予測可能なSEDモデルを提供した。