[論文レビュー] Insights into Galaxy Evolution from Mid-infrared Wavelengths

Ranga‐Ram Chary|arXiv (Cornell University)|Dec 26, 2006

Astronomy and Astrophysical Research被引用数 3

ひとこと要約

本論文は、IRAS、ISO、Spitzerのミッドインフラレッド調査を用いて、0.5 < z < 3における星形成の約70%がダストに遮蔽されていることを示し、AGNは全全波長放射能密度の20%未塔を占める。赤シフトされたHα線のIRAC 4.5 μmバンドからの赤みがかりは、高赤方偏移銀河（z > 5）の約20%にダストが存在することを示しており、これはUV測定値が示すよりも真の星形成率が高くなることを示唆し、再イオン化には一時的かつ非均質的なプロセス、または標準推定値よりも高い脱出率を要する可能性がある。

ABSTRACT

In this paper, I have attempted to highlight key results from deep extragalactic surveys at mid-infrared wavelengths. I discuss advances in our understanding of dust enshrouded star-formation and AGN activity at 03 will become possible only with future facilities like ALMA. Currently, the presence of dust can only be assessed in a small fraction of the youngest starbursts at z&gt;5 by looking for redshifted large equivalent width H_alpha emission in broadband filters like the IRAC 4.5 micron passband. H_alpha to UV ratios in these objects are a tracer of dust extinction and measuring this ratio in GOODS galaxies indicate dust in ~20% of star-forming galaxies at z&gt;5. Finally, implications for reionization based on the measured stellar mass density and star-formation rates of galaxies at these redshifts are discussed.

研究の動機と目的

• 宇宙時間（0 < z < 3）におけるダストに包まれた星形成およびAGN活動が銀河進化に果たす役割を理解すること。
• 遮蔽された星形成のトレーサーとしてのミッドインフラレッド放射の信頼性を評価し、全波長放射能密度および再イオン化への影響を検討すること。
• 高赤方偏移（z > 5）におけるUVベースの星形成率測定値に及ぼすダスト遮蔽の影響を、特に赤シフトされたHα線を用いて評価すること。
• 多バンド光度測定および進化するスターバーストモデルを用いて、高赤方偏移銀河の過去の星形成歴を制約すること。
• z ~ 6における観測された星質量密度および星形成率が、銀河間媒体の再イオン化に与える意味を検討すること。

提案手法

• IRAS、ISO/ISOCAM、Spitzer/MIPSを用いたミッドインフラレッド波長域における深宇宙銀河赤外調査を活用し、ダストに包まれた源を検出する。
• IRAC 3.6 μmおよび4.5 μmバンドのブロードバンド光度測定を用い、高赤方偏移銀河（z > 5）におけるダスト遮蔽のトレーサーとして赤シフトされたHα線を特定する。
• スペクトルエネルギー分布（SED）フィッティングおよび進化するスターバーストモデルを用いて、z ~ 6における観測された星質量およびSFR密度から過去の星形成率を外挿する。
• ミッドインフラレッド（7 μm）およびファーレッドインフラレッド（70 μm）の放射能を比較し、星形成トレーサーとしてのミッドおよびファーレッドインフラレッド放射の緊密な相関関係を補正する。
• k補正技術を用いて、赤方偏移の不確実性がミッドインフラレッドスペクトルエネルギー分布の解釈に与える影響を補正し、静止フレーム放射能を推定する。
• 式（1）に示されるe-ファイリング時間モデルを用い、ダスト遮蔽およびスターバースト timescale の影響を補正し、過去の星形成率推定値を補正する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 0.5 < z < 3における星形成の何パーセントがダストによって遮蔽されており、これは非遮蔽星形成と比べてどう異なるか？
• RQ2 z < 3における全波長放射能密度に占めるAGN（遮蔽を含む）の寄与割合はどの程度か？
• RQ3 z > 5の銀河において、赤シフトされたHα線を用いたダスト遮蔽の特定に、4.5 μm/3.6 μmのフラックス比はどの程度信頼できるか？
• RQ4 ダスト遮蔽およびe-ファイリング timescale の補正を施した場合、z ~ 6銀河の過去の星形成率歴はどのように推定されるか？
• RQ5 z ~ 6における観測された星質量密度および星形成率密度は、銀河間媒体の再イオン化にどのような制約を課すか？

主な発見

• 0.5 < z < 3における共動的星形成率密度のおよそ70%がダストに遮蔽されており、ミッドインフラレッド調査が星形成率測定に不可欠であることが示された。
• AGN（遮蔽を含む）は、z < 3における共動的全波長放射能密度の20%未満を占めており、星形成がエネルギー出力の主因であることが示唆された。
• z ~ 2では星形成は主に質量的で超高輝度赤外銀河（ULIRGs）に集中しているが、z ~ 1ではやや低輝度のLIRGsに移行しており、星形成の主なモードが赤方偏移とともに変化していることが示された。
• z > 5における分光的に確認された銀河のおよそ10–20%が、赤シフトされたHα線に起因する4.5 μmバンドの増幅を示しており、高赤方偏移スターバースト銀河のこの割合にダスト遮蔽が存在することを示している。
• z > 5銀河では、Hαから得られる星形成率は、UVベースの推定値の平均で約3倍高いことが判明し、顕著なダスト遮蔽およびUVデータのみから得られるSFRの低減が示唆された。
• z ~ 6における測定された星形成率密度は、標準推定値（fesc ~ 0.15、C = 30）に基づくと、再イオン化に必要な最小値を10倍以上も下回っており、再イオン化が一時的かつ非均質的であるか、想定よりも高い脱出率を要する可能性を示唆した。