[論文レビュー] Massive star formation in Wolf-Rayet galaxies. IV: Colours, chemical composition analysis and metallicity-luminosity relations

Á. R. López-Sánchez, C. Esteban|arXiv (Cornell University)|Apr 5, 2010

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 133被引用数 81

ひとこと要約

本研究は、20個のウルフ＝レイター銀河について、光学的および近赤外線の光度測定、線スペクトル診断、直接法による酸素質量分率測定を組み合わせた包括的な多波長分析を実施し、金属量-光度関係および化学進化を調査した。近赤外線光度がより明確なL–Z関係を示し、ピリューギン法が酸素質量分率を最もよく推定することが判明した。また、WR特徴は上昇したN/O比と相関しており、これはウルフ＝レイター星の物質噴出による窒素の強化を示している。

ABSTRACT

(Abridged) We performed a multiwavelength analysis of a sample of starburst galaxies that show the presence of a substantial population of very young massive (WR) stars. Here we present the global analysis of the derived photometric and chemical properties. We compare optical/NIR colours and the physical properties (reddening coefficient, equivalent widths of the emission and underlying absorption lines, ionization degree, electron density, and electron temperature) and chemical properties with previous observations and galaxy evolution models. Attending to their absolute B-magnitude many of them are not dwarf galaxies, but they should be during their quiescent phase. We found that both C(Hb) and Wabs increase with increasing metallicity. We detected a high N/O ratio in objects showing strong WR features. The ejecta of the WR stars may be the origin of the N enrichment in these galaxies. We compared the abundances provided by the direct method with those obtained using empirical calibrations, finding that (i) the Pilyugin method is the best suitable empirical calibration, (ii) the relations between the oxygen abundance and the N2 or the O3N2 parameters provided by Pettini & Pagel (2004) give acceptable results for objects with 12+log(O/H)>8.0, and (iii) the results provided by empirical calibrations based on photoionization models are systematically 0.2-0.3 dex higher than the values derived from the direct method. The O and N abundances and the N/O ratios are related to the optical/NIR luminosity; the dispersion is consequence of the differences in the star-formation histories. Galaxies with redder colours tend to have higher oxygen and nitrogen abundances. Our detailed analysis is fundamental to understand the nature of galaxies showing strong starbursts, as well as to know their star formation history and the relationships with the environment.

研究の動機と目的

• ウルフ＝レイター銀河の星形成歴および進化段階を、化学的および光度的詳細分析を通じて理解すること。
• 高金属量星形成銀河において、直接法による測定と比較して、経験的金属量校正の信頼性を評価すること。
• 銀河の光度（光学的および近赤外線）と金属量、特に酸素および窒素の質量分率との関係を調査すること。
• 赤みが強い色が予測するように、金属量およびN/O比と相関するかどうかを検証すること。
• 近赤外線データから導かれるM_Ks–Z関係を用いて、潮汐的矮星銀河候補と既存の矮星銀河を区別すること。

提案手法

• NOT、INT、WHT、CAHA望遠鏡を用いて多波長光度測定を実施し、B、V、R、I、Ksのマグニチュードおよび色を導出。
• 発光線強度（Hβ、[O ii]、[O iii]、Hα）および吸収線（W_abs）を分析し、赤化（c(Hβ)）、電子温度、密度、イオン化度を導出。
• [O iii] λ4363からの電子温度を用いて直接法により酸素質量分率を計算し、31領域で直接的なT_e推定値を得た。
• 線強度比からN/O、S/O、Ne/O、Ar/O、Fe/Oの質量分率比を算出し、理論的モデルと比較。
• 経験的校正（ピリューギン、ペッティーニ＆パーゲル、ケイリー＆ドピータ）を直接法の結果と比較し、正確性および系差を評価。
• 光学的および近赤外線（Ksバンド）光度を用いて、光度-金属量（L–Z）関係を構築し、ほこりによる減光および爆発的星形成/背景星族の寄与が及ぼす影響を評価。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ウルフ＝レイター銀河において、光学的および近赤外線の色は金属量および星形成歴とどのように相関するか？
• RQ2 高金属量星形成銀河において、直接法による酸素質量分率と比較した場合、経験的金属量校正（例：ピリューギン、ペッティーニ＆パーゲル）の性能はいかがなものか？
• RQ3 光学的光度と近赤外線光度を用いた場合のL–Z関係にどのような差が生じるか。また、これにより潮汐的矮星銀河候補の特定が可能になるか？
• RQ4 観測されたN/O比の変動の原因は何か。強力なウルフ＝レイター特徴と星の物質噴出による窒素強化の間に相関があるか？
• RQ5 直接法と経験的校正による質量分率に系統的差が生じるか。これには、例えば電子温度のフラクチュエーションなどの物理的メカニズムが関与しているのだろうか？

主な発見

• ピリューギン法（R23およびPパラメータを用いる）が、これらの星形成銀河における酸素質量分率の経験的推定値として最も正確であり、他の校正を上回った。
• 写真イオン化モデルに基づく経験的校正は、直接法と比較して酸素質量分率を0.2–0.3 dex系統的に高めに推定している可能性が高く、イオン化ガス内の温度フラクチュエーションが原因と考えられる。
• ペッティーニ＆パーゲル（2004）の関係式は、12+log(O/H) > 8.0 の銀河では妥当な結果を示すが、低金属量領域では信頼性が低い。
• 近赤外線（Ksバンド）光度を用いた場合、L–Z関係が著しく明確になり、潮汐的矮星銀河候補と既存の矮星銀河の区別が明確にできるようになった。
• 赤みが強い色の銀河は、酸素および窒素の質量分率が高く、進化モデルおよび金属量依存色傾向と整合的である。
• 強力なウルフ＝レイター特徴は、上昇したN/O比（例：HCG 31 AC、UM 420、IRAS 0828+2816、III Zw 107、ESO 566-8、NGC 5253）と相関しており、WR星の物質噴出が窒素強化の原因であることを支持する。