[論文レビュー] Modelling the spectral energy distribution of galaxies. I. Radiation fields and grain heating in the edge-on spiral NGC891

C. C. Popescu, A. Misiriotis+3 more|arXiv (Cornell University)|Aug 6, 2000

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 1被引用数 15

ひとこと要約

本稿では、遠赤外域およびサブミリメートル域のスペクトルエネルギー分布（SED）を再現するための2枚のディスクほどのほこりモデルを用いて、傾けられたスパイラル銀河NGC891における粒子の加熱を自己整合的に計算する放射線輸送モデルを提示する。標準モデル（古くは若い星族のみ）では観測されたサブミリメートル域の放射度を再現できないが、散らかった若い星族成分と3.5 M☉/yrの星形成率（SFR）を有する2ほこりディスクモデルはデータをよく再現しており、ほこりの加熱は主に若い星によるものであると示唆している。

ABSTRACT

We describe a new tool for the analysis of the UV to the sub-millimeter (sub-mm) spectral energy distribution (SED) of spiral galaxies. We use a consistent treatment of grain heating and emission, solve the radiation transfer problem for a finite disk and bulge, and self-consistently calculate the stochastic heating of grains placed in the resulting radiation field. We use this tool to analyse the well-studied nearby edge-on spiral galaxy NGC891. First we investigate whether the old stellar population in NGC891, along with a reasonable assumption about the young stellar population, can account for the heating of the dust and the observed far-infrared (FIR) and sub-mm emission. The dust distribution is taken from the model of Xilouris et al. (1999), who used only optical and near-IR observations to determine it. We have found that such a simple model cannot reproduce the SED of NGC891, especially in the sub-mm range. It underestimates by a factor of 2-4 the observed sub-mm flux. A number of possible explanations exist for the missing sub-mm flux. We investigate a few of them and demonstrate that one can reproduce the observed SED in the FIR and the sub-mm quite well, as well as the observed radial profile at 850 microns. For the models calculated we give the relative proportion of the dust radiation powered by the old and young stellar populations as a function of FIR/sub-mm wavelength. In all models we find that the dust is predominantly heated by the young stellar population.

研究の動機と目的

• 紫外線からサブミリメートル波長にまで及ぶスパイラル銀河のスペクトルエネルギー分布（SED）をモデル化する自己整合的手段の開発。
• NGC891における古くは若い星族が観測されたほこり放射を説明できるかの調査。
• 標準モデルで欠落しているサブミリメートル域の放射度の原因を特定し、妥当な物理的説明を提示。
• 遠赤外域／サブミリメートル域の波長範囲において、古くは若い星族がほこり加熱に果たす相対的寄与を定量化。

提案手法

• Kylafis & Bahcall (1987) の手法を用いて、有限なディスクおよびバルジについて、可視光／近赤外線および紫外線の放射場を別々に解く放射線輸送方程式を解く。
• 古くは中年星族のための滑らかな指数的ディスクとde Vaucouleursバルジを用い、Xilouris et al. (1999) のパラメータ（光学および近赤外線画像に基づく）を採用。
• 若い星族を、スケールヘイトが90 pcの滑らかな指数的ディスクとしてモデル化し、星形成率（SFR）を自由パラメータとする。
• 星形成領域で局所的に吸収される紫外線光子の割合Fと、散乱状態の銀河間放射場に寄与する割合を自由パラメータとして扱う。
• 人口合成モデル（Mateu & Bruzual 2000）を用いてSFRと紫外線放射を関連付け、得られた放射場における確率的粒子加熱を計算する。
• 予測されたSEDを観測データ（サブミリメートル域の放射度および850 μmの半径方向プロファイルを含む）と比較し、モデルの妥当性を検証。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 NGC891における古くは若い星族の放射場が、観測された遠赤外域およびサブミリメートル域のSEDを再現できるか。
• RQ2 なぜ標準モデル（1つのほこりディスク）ではNGC891の観測されたサブミリメートル域の放射度を再現できないのか。
• RQ3 欠落しているサブミリメートル域放射を説明できるほこりおよび星族の物理的配置は何か。
• RQ4 遠赤外域／サブミリメートル域の波長範囲において、古くは若い星のほこり加熱への寄与はどのように変化するか。
• RQ5 850 μmの半径方向プロファイルは2ほこりディスクモデルによって再現可能か。

主な発見

• 標準モデル（古星族と1つのほこりディスクを有する若い星族）では、サブミリメートル域の放射度が2～4倍低く見積もられる。
• 散らかった若い星族成分と3.5 M☉/yrのSFRを有する2ほこりディスクモデルは、観測されたSEDおよび850 μmの半径方向プロファイルの両方をよく再現する。
• F = 0.28（星形成領域で局所的に吸収される紫外線光子の割合が28%）のモデルが観測データと最もよく一致する。
• すべてのモデルにおいて、遠赤外域／サブミリメートル域の範囲でほこりの加熱は主に若い星族によるものである。
• サブミリメートル域の放射度の不一致は、粒子発光性を高めるだけでは解消できない。それはSEDピークをより長い波長にずらすことになり、60～100 μmの放射度に一致させるにはより高いSFRを必要とする。
• 2ほこりディスクモデルは現在の観測データと整合性があるが、アーキセコンド解像度のサブミリメートル望遠鏡が必要であり、それがクラスタ型ほこりシナリオと区別できるかどうかは未解決である。