[論文レビュー] Modelling Intermediate Age and Old Stellar Populations in the Infrared

A. Bressan, G. L. Granato+1 more|ArXiv.org|Sep 10, 1997

Stellar, planetary, and galactic studies被引用数 10

ひとこと要約

本論文は、質量放出率と風速度を用いて、赤色超巨星（AGB）星のAGB期の持続時間と赤外スペクトルエネルギー分布を決定する、ダストを自己無撞着に含む新しいシンプルスターパopulation（SSP）モデルを提示する。主な結果として、ダストを含めることで中赤外域の放射が中年齢銀河で約1桁程度増加し、中赤外色を用いることで年齢と金属量のデゲネラシーをより良く分離可能になる。

ABSTRACT

We have investigated the spectro-photometric properties of the Asymptotic Giant Branch (AGB) stars and their contribution to the integrated infrared emission in simple stellar populations (SSP). Adopting analytical relations describing the evolution of these stars in the HR diagram and empirical relations for the mass-loss rate and the wind terminal velocity, we were able to model the effects of the dusty envelope around these stars, with a minimal number of parameters. We computed isochrones at different age and initial metal content. We compare our models with existing infrared colors of M giants and Mira stars and with IRAS PSC data. Contrary to previous models, in the new isochrones the mass-loss rate, which establishes the duration of the AGB phase, also determines the spectral properties of the stars. The contribution of these stars to the integrated light of the population is thus obtained in a consistent way. We find that the emission in the mid infrared is about one order of magnitude larger when dust is taken into account in an intermediate age population, irrespective of the particular mixture adopted. The dependence of the integrated colors on the metallicity and age is discussed, with particular emphasis on the problem of age-metallicity degeneracy. We show that, contrary to the case of optical or near infrared colors, the adoption of a suitable pass-band in the mid infrared allows a fair separation of the two effects. We suggest intermediate redshift elliptical galaxies as possible targets of this method of solving the age-metallicity dilemma. The new SSP models constitute a first step in a more extended study aimed at modelling the spectral properties of the galaxies from the ultraviolet to the far infrared.

研究の動機と目的

• AGB星のスペクトロ光度的性質と、それらがスターパopulation全体の統合赤外放射に与える寄与をモデル化すること。
• 中赤外色を活用することで、スターパopulation合成における年齢-金属量デゲネラシーを解消すること。
• 質量放出率がAGB寿命とスペクトル的性質の両方を制御する自己無撞着なフレームワークを構築すること。
• 最小限のパラメータで中年齢および古星族の赤外域モデリングを改善すること。
• 中赤外帯域を銀河の年齢と金属量の診断ツールとして使用可能にする。

提案手法

• Hertzsprung-Russell図におけるAGB星の進化に対する解析的関係を用いる。
• 経験的質量放出率および風の最終速度関係を用いて、ダストを含む大気をモデル化する。
• ダスト放射を含めた、さまざまな年齢と金属量における等時曲線を計算する。
• M型巨星およびミラ星の観測された赤外色に対してモデルをキャリブレーションする。
• モデル予測をIRAS Point Source Catalogデータと比較する。
• 質量放出率依存性を通じて、AGB寿命とダスト放射効果を一貫して統合する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 AGB星からのダスト放射が、中年齢および古星族スターパopulationの統合赤外光にどのように影響を与えるか？
• RQ2 AGBモデルにダストを含めることで、スターパopulationの予測される中赤外色はどの程度変化するか？
• RQ3 中赤外帯域は、スターパopulation合成における年齢-金属量デゲネラシーを効果的に解消できるか？
• RQ4 質量放出率と風速度は、AGB期の持続時間とスペクトルエネルギー分布にどのように影響を与えるか？
• RQ5 異なるダスト混合物の影響は、これらのモデルにおける統合赤外放射にどのような影響を及えるか？

主な発見

• AGB星にダストを含めることで、中年齢スターパopulationのうち赤外域放射が約1桁程度増加する。
• モデルは、質量放出率がAGB寿命と星のスペクトル的性質の両方を同時に制御することを示しており、自己無撞着なモデリングを可能にする。
• 中赤外色は、光学および近赤外色に比べ、年齢と金属量の影響を分離する上で顕著な利点を有する。
• モデルは、M型巨星およびミラ星の観測された赤外色を良好に再現している。
• IRAS PSCデータは、新しいモデルによってよく再現されており、その予測能力が裏付けられている。
• 中赤方銀河は、年齢-金属量デゲネラシーを解消するためのこの手法の主な応用対象である。