[論文レビュー] Modeling the spectral energy distribution of galaxies. II. Disk opacity and star formation in 5 edge-on spirals

A. Misiriotis, C. C. Popescu+2 more|ArXiv.org|Apr 20, 2001

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 1被引用数 71

ひとこと要約

本研究では、5つの縁面銀河の紫外線からサブミリ波長にかけてのスペクトルエネルギー分布（SED）を、放射平衡とダスト放射モデルを用いてモデル化した。若い星形成銀河群がダスト加熱を支配しており、その寄与度は最大60％に達する。星形成率（SFR）のディスク面積当たりの値は $7 \times 10^{-4}$ から $2 \times 10^{-2}\,{\rm M}_{\odot}\,{\rm yr}^{-1}\,{\rm kpc}^{-2}$ の範囲にあり、正面銀河の傾向とケニクット＝シュナイダー則に整合的である。

ABSTRACT

Using tools previously described and applied to the prototype galaxy NGC 891, we model the optical to far-infrared spectral energy distributions (SED) of four additional edge-on spiral galaxies, namely NGC 5907, NGC 4013, UGC 1082 and UGC 2048. Comparing the model predictions with IRAS and, where available, sub-millimeter and millimeter observations, we determine the respective roles of the old and young stellar populations in grain heating. In all cases, the young population dominates, with the contribution of the old stellar population being at most 40%, as previously found for NGC 891. After normalization to the disk area, the massive star-formation rate (SFR) derived using our SED modeling technique, which is primarily sensitive to the non-ionizing ultraviolet output from the young stellar population, lies in the range 7e-4 - 2e-2 M_sun * yr^-1 * kpc^-2. This is consistent with normalized SFRs derived for face-on galaxies of comparable surface gas densities from H_alpha observations. Though the most active star-forming galaxy of the five in absolute terms, NGC 891 is not an exceptional system in terms of its surface density in SFR.

研究の動機と目的

• NGC 891というプロトタイプにとどまらず、より広いサンプルにおける縁面スパイラル銀河のSEDモデリングを拡張すること。
• 銀河ディスクにおける古星群と若星群のダスト加熱への相対的寄与度を特定すること。
• 非電離的UV放射に敏感なSEDモデリングを用いて、星形成率（SFR）面密度を導出し、検証すること。
• NGC 891が他の通常のスパイラル銀河と比較して、星形成活動が特異であるかどうかを検証すること。
• SEDから導かれたSFRとHαに基づくSFRを比較し、ケニクット＝シュナイダー則との整合性を評価すること。

提案手法

• 星とダストが明確に分離されたスケールヘイトを持つ「サンドイッチ」幾何構造を仮定し、縁面銀河に放射平衡モデルを適用した。
• IRAS、サブミリ波、ミリ波の観測データを統合し、UVから遠赤外（FIR）にかけてのSEDを制約した。
• 粒子サイズ分布と微小粒子の確率的加熱を用いて、FIR/サブミリ波領域のSED形状を再現するダスト放射をモデル化した。
• 若い星形成銀河群からの非電離的UV放射を主なSED制約として、SEDモデルをキャリブレーションした。
• 星形成総率を、星のスケール長の3倍のディスク面積で正規化することで、ディスク平均のSFR面密度を算出した。
• 2層ダストディスクモデルを用いて結果を検証し、Hαから導かれたSFRとケニクット＝シュナイダー則とを比較した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 縁面スパイラル銀河において、古星群と若星群のダスト加熱への相対的寄与度はそれぞれどの程度か？
• RQ2 縁面銀河において、SEDから導かれたSFR面密度はHα観測から得られたものとどのように比較できるか？
• RQ3 NGC 891は、通常のスパイラル銀河の中でSFR面密度が特異であると見なされるか？
• RQ4 非電離的UV放射に基づくSEDモデリングが、観測されたFIRおよびサブミリ波長の放射をどの程度正確に再現できるか？
• RQ5 縁面スパイラル銀河のSFRは、正面銀河のディスク銀河に適用されるケニクット＝シュナイダー則に従うか？

主な発見

• 5つの縁面スパイラル銀河すべてにおいて、若い星形成銀河群がダスト加熱を支配しており、全エネルギー入射の少なくとも60％を占めている。
• 古星群のダスト加熱への寄与度は最大40％にとどまり、NGC 891の先行研究結果を確認した。
• SEDモデリングから導かれたSFR面密度は $7 \times 10^{-4}$ から $2 \times 10^{-2}\,{\rm M}_{\odot}\,{\rm yr}^{-1}\,{\rm kpc}^{-2}$ の範囲にあり、NGC 4013が絶対的値で最も活発な星形成を示している。
• 赤方偏移補正を施したSFRに対して、SEDから導かれたSFRはHαに基づくSFRと整合的であり、この手法の信頼性を支持する。
• NGC 891は、他の通常のスパイラル銀河と比較してSFR面密度が特異ではないため、その拡張したイオン化ガスおよび高温ガスハローは、異常に高い星形成活動によるものではない。
• 標準的なSEDモデルから導かれたSFRは、より複雑な2層ダストディスクモデルからの結果と整合的であり、この手法の堅牢性が裏付けられた。