[論文レビュー] High-resolution, 3D radiative transfer modelling III. The DustPedia barred galaxies

Angelos Nersesian, Sam Verstocken+18 more|arXiv (Cornell University)|Apr 7, 2020

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 131被引用数 11

ひとこと要約

本研究では、4つの近傍のばりゅー型銀河（NGC 1365、M 83、M 95、M 100）における星族の粉塵加熱を3次元モンテカルロ放射移動モデルを用いて定量的評価した。その結果、若年星が全粉塵加熱の平均で59％を占め、バー領域では53％、バルジ領域では38％に低下し、高齢星が支配的となることが明らかになった。研究結果は、若年星割合と特定星形成率（sSFR）との強い相関を確認し、赤外線放射が純粋な星形成 tracerであるという仮定に疑問を呈するものである。

ABSTRACT

Context: Dust in late-type galaxies in the local Universe is responsible for absorbing approximately one third of the energy emitted by stars. It is often assumed that dust heating is mainly attributable to the absorption of UV and optical photons emitted by the youngest (<= 100 Myr) stars. Consequently, thermal re-emission by dust at FIR wavelengths is often linked to the star-formation activity of a galaxy. However, several studies argue that the contribution to dust heating by much older stars might be more significant. Advances in radiation transfer (RT) simulations finally allow us to actually quantify the heating mechanisms of diffuse dust by the stellar radiation field. Aims: As one of the main goals in the DustPedia project, we have constructed detailed 3D stellar and dust RT models for nearby galaxies. We analyse the contribution of the different stellar populations to the dust heating in four face-on barred galaxies: NGC1365, M83, M95, and M100. We aim to quantify the fraction directly related to young stars, both globally and on local scales, and to assess the influence of the bar on the heating fraction. Results: We derive global attenuation laws for each galaxy and confirm that galaxies of high sSFR have shallower attenuation curves and weaker UV bumps. On average, 36.5% of the bolometric luminosity is absorbed by dust. We report a clear effect of the bar structure on the radial profiles of the dust-heating fraction by the young stars, and the dust temperature. We find that the young stars are the main contributors to the dust heating, donating, on average ~59% of their luminosity to this purpose throughout the galaxy. This dust-heating fraction drops to ~53% in the bar region and ~38% in the bulge region where the old stars are the dominant contributors to the dust heating. We also find a strong link between the heating fraction by the young stars and the sSFR.

研究の動機と目的

• 近傍のばりゅー型銀河における若年星および高齢星族の粉塵加熱への寄与を定量すること。
• バー構造が粉塵加熱割合および粉塵温度の半径分布に与える影響を評価すること。
• 全波長スペクトルエネルギー分布（SED）モデリングへの応用を想定し、高齢星族の粉塵加熱寄与を定格すること。
• 高齢星による非無視可能な加熱を考慮することで、星形成率推定の精度を向上させること。

提案手法

• 2次元画像から一貫性のあるフレームワークを用いて、星および粉塵の3次元分布を再構築した。
• SKIRT 3Dモンテカルロ放射移動コードを用い、任意の3次元幾何構造における粉塵の吸収・散乱・熱再放射をシミュレートした。
• スペクトルエネルギー分布（SED）フィッティングと空間的分布に基づき、星族を若年（≤100 Myr）および高齢（1 Gyr以上）に分離した。
• 全領域および半径ビンごとの全放射光度と減光則を導出し、加熱割合を評価した。
• 特定星形成率（sSFR）と若年星による粉塵加熱割合の相関を分析した。
• 粉塵温度プロファイルをマッピングし、銀河構造部における星族寄与と関連づけた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ばりゅー型銀河における粉塵加熱の何パーセントが若年星族に起因し、何パーセントが高齢星族に起因するか？
• RQ2 バー構造の存在が、粉塵加熱割合および粉塵温度の半径分布にどのように影響を与えるか？
• RQ3 特定星形成率（sSFR）と若年星による粉塵加熱割合の相関はどの程度強いか？
• RQ4 これらの銀河において、減光曲線およびUVバンプはsSFRおよび形態的構造にどのように変化するか？
• RQ5 SEDフィッティングへの応用を想定した場合、高齢星族の粉塵加熱寄与は信頼性を持って定格可能か？

主な発見

• 銀河サンプル全体で、全放射光度の平均36.5％が粉塵に吸収された。これはSb-Sc型銀河の既存研究と整合的である。
• 若年星族は全粉塵加熱の平均で59％を占め、全般的な割合はNGC 1365で68％、M 83で64％、M 95で47％、M 100で57％であった。
• バー領域では若年星寄与が53％に低下し、バルジ領域では38％にまで低下し、高齢星が粉塵加熱を支配する。
• 若年星による加熱により、中心領域およびスパイラルアーム部の粉塵温度はやや高温となり、一方、ディスク部の低温は高齢星族による加熱に起因する。
• 若年星による粉塵加熱割合と特定星形成率（sSFR）との強い相関が確認され、M 51、M 31、M 81の先行研究を裏付けるものである。
• sSFRが高い銀河では減光曲線がやや浅く、UVバンプも弱くなる傾向にあり、これは星族混合と幾何構造が粉塵再処理に与える影響を反映している。