[論文レビュー] Mid-IR emission of galaxies in the Virgo cluster and in the Coma supercluster.IV. The nature of the dust heating sources

A. Boselli, J. Lequeux+1 more|ArXiv.org|Sep 6, 2004

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 71被引用数 36

ひとこと要約

本研究は、123個の近傍の後期型銀河における中赤外線（5–18 μm）のダスト放射の起源を、多波長データを用いて調査した。中赤外線放射は、Hα や紫外線 tracer よりも、遠赤外線（FIR）の輝度とより強く相関しており、若い星と発達した星からの電離放射と非電離放射による加熱を示している。主な結果として、中赤外線の輝度は金属量の強い依存性とHII領域に関連しない拡散放射を伴うため、星形成率のトレーサーとして不適切であることが判明した。

ABSTRACT

We study the relationship between the mid-IR (5-18 $μ$m) emission of late-type galaxies and various other star formation tracers in order to investigate the nature of the dust heating sources in this spectral domain. The analysis is carried out using a sample of 123 normal, late-type, nearby galaxies with available data at several frequencies. The mid-IR luminosity (normalized to the H-band luminosity) correlates better with the far-IR luminosity than with more direct tracers of the young stellar population such as the H$α$ and the UV luminosity. The comparison of resolved images reveals a remarkable similarity in the H$α$ and mid-IR morphologies, with prominent HII regions at both frequencies. The mid-IR images, however, show in addition a diffuse emission not associated with HII regions nor with the diffuse H$α$ emission. This evidence indicates that the stellar population responsible for the heating of dust emitting in the mid-IR is similar to that heating big grains emitting in the far-IR, including relatively evolved stars responsible for the non-ionizing radiation. The scatter in the mid-IR vs. H$α$, UV and far-IR luminosity relation is mostly due to metallicity effects, with metal-poor objects having a lower mid-IR emission per unit star formation rate than metal-rich galaxies. Our analysis indicates that the mid-IR luminosity is not an optimal star formation tracer in normal, late-type galaxies.

研究の動機と目的

• 通常の後期型銀河における中赤外線（5–18 μm）領域のダスト加熱の主な要因を特定すること。
• 中赤外線放射が、Hα や紫外線、遠赤外線（FIR）の輝度といった星形成トレーサーと、どの程度相関するかを評価すること。
• HII領域に関連しない拡散中赤外線放射の形態的および物理的起源を調査すること。
• 金属量が中赤外線から星形成率への関係に与える影響を定量化すること。
• 静穏なスパイラル銀河における中赤外線の輝度が、星形成率の指標としてどれほど信頼できるかを評価すること。

提案手法

• 5–18 μm、Hα、紫外線、遠赤外線（FIR）の波長をカバーする多周波数データを用いて、123個の近傍で通常の後期型銀河のサンプルを分析した。
• 傾きや距離の影響を最小限に抑えるために、中赤外線の輝度をHバンドの輝度で正規化した。
• Hα と中赤外線の画像を解像度で比較し、HII領域と中赤外線放射との空間的相関を評価した。
• 遠赤外線から紫外線のフラックス比とバルマー減衰を用いて、Hα や紫外線の輝度に対するダスト減光補正を行った。
• 統計的分析として、中赤外線 vs. Hα、紫外線、FIR 輝度の相関関係を分析し、散乱の分析も行った。
• 金属量の影響を評価するため、低金属量と高金属量の銀河を、輝度関係において比較した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 後期型銀河における5–18 μm領域のダスト加熱を担う主な星の集団は何か？
• RQ2 中赤外線の輝度は、最近の星形成を直接示すトレーサー（Hα、紫外線）と、間接的トレーサー（遠赤外線）とどの程度相関するか？
• RQ3 HII領域に関連しない拡散中赤外線放射は、進化した星からの非電離放射による加熱をどの程度示しているか？
• RQ4 金属量は、単位星形成率あたりの中赤外線放射にどのように影響するか？
• RQ5 通常の静穏な後期型銀河において、中赤外線の輝度は信頼できる星形成率トレーサーとみなせるか？

主な発見

• 中赤外線の輝度をHバンドの輝度で正規化した場合、Hα や紫外線の輝度よりも遠赤外線の輝度とより強く相関した。
• 解像度のある画像では、Hα と中赤外線の放射に強い形態的類似性が認められ、両波長帯でHII領域が顕著に現れた。
• 星の汚染を補正した後、中赤外線の画像にはHII領域や拡散Hα放射と関連しない拡散成分が確認された。
• 拡散中赤外線放射は、主に進化した星からの非電離放射による加熱によって最もよく説明され、中赤外線ダスト加熱の起源が混合された星の集団であることが示された。
• 中赤外線 vs. Hα、紫外線、FIR 輝度関係の散乱は主に金属量の影響によるものであり、金属量が低い銀河では、単位星形成率あたりの中赤外線放射が低かった。
• 中赤外線の輝度から星形成率を導出する際の不確実性は、散乱と金属量依存性のため、約10倍に達する可能性があり、通常の後期型銀河では星形成トレーサーとしての信頼性が制限される。