[論文レビュー] Molecular Gas, Dust and Star Formation in Galaxies: II. Dust properties and scalings in \sim\ 1600 nearby galaxies

Gustavo Orellana, N. M. Nagar D. Elbaz+8 more|arXiv (Cornell University)|Mar 28, 2017

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 3被引用数 9

ひとこと要約

本研究では、WISE、IRAS、Planck、SCUBAの多波長光度測定を用いて、約1,600個の近傍銀河におけるダスト特性を分析し、Draine & Liのダストモデルを用いてSEDをフィッティングすることで、ダスト質量、全赤外線ラジアンス、温度を導出している。本研究では、L_IR、M_dust、T_coldを結ぶ「ダスト平面」を確立し、限られたデータからダストおよびガス特性を推定する強固な経験的関係を提供しており、ダスト温度が分かっている場合、誤差は0.05 dexまで低減される。

ABSTRACT

We aim to characterize the relationship between dust properties. We also aim to provide equations to estimate accurate dust properties from limited observational datasets. We assemble a sample of 1,630 nearby (z<0.1) galaxies-over a large range of Mstar, SFR - with multi-wavelength observations available from wise, iras, planck and/or SCUBA. The characterization of dust emission comes from SED fitting using Draine & Li dust models, which we parametrize using two components (warm and cold ). The subsample of these galaxies with global measurements of CO and/or HI are used to explore the molecular and/or atomic gas content of the galaxies. The total Lir, Mdust and dust temperature of the cold component (Tc) form a plane that we refer to as the dust plane. A galaxy's sSFR drives its position on the dust plane: starburst galaxies show higher Lir, Mdust and Tc compared to Main Sequence and passive galaxies. Starburst galaxies also show higher specific Mdust (Mdust/Mstar) and specific Mgas (Mgas/Mstar). The Mdust is more closely correlated with the total Mgas (atomic plus molecular) than with the individual components. Our multi wavelength data allows us to define several equations to estimate Lir, Mdust and Tc from one or two monochromatic luminosities in the infrared and/or sub-millimeter. We estimate the dust mass and infrared luminosity from a single monochromatic luminosity within the R-J tail of the dust emission, with errors of 0.12 and 0.20dex, respectively. These errors are reduced to 0.05 and 0.10 dex, respectively, if the Tc is used. The Mdust is correlated with the total Mism (Mism \propto Mdust^0.7). For galaxies with Mstar 8.5

研究の動機と目的

• 近傍銀河の大規模サンプルにおけるダスト特性（質量、ラジアンス、温度）を特徴付け、それらを全銀河的性質と関連付けること。
• ダストとガス（中性および分子）含量、星形成モードとの関係を調査すること。
• 限られた光度測定データからダストおよびガス特性を正確に推定するための経験的推定式を開発すること。
• ダスト温度および星形成効率がダスト-ガススケーリング関係を形作る役割を明らかにすること。
• 大規模な調査および銀河の進化研究に使用可能な校正済みスケーリング関係を提供すること。

提案手法

• 赤移z < 0.1の1,629個の近傍銀河のサンプルを構築し、WISE、IRAS、Planck、SCUBAからの均一な多波長光度測定を用いた。
• Draine & Li (2007)のダストモデルを用いて、観測されたSEDをフィッティングし、2成分（暖かめ：45–70 K、冷ため：18–31 K）のダストを含む。
• SEDフィッティングから、全赤外線ラジアンス（L_IR）、ダスト質量（M_dust）、冷たい成分の温度（T_cold）といった主要なダストパラメータを導出した。
• スターダスト質量（M_*）、星形成率（SFR）、単位スターダスト質量あたりの星形成率（sSFR）、全ガス質量（M_gas = M_HI + M_H2）といった全銀河的パラメータとの相関関係を調査した。
• 特に850 μmでの単一または二つのモノクロミックラジアンスからL_IR、M_dust、T_coldを推定するための経験的スケーリング関係を開発した。
• 誤差を散らばりと相関解析を用いて評価し、独立した測定結果との妥当性を検証した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 大規模な近傍銀河サンプルにおいて、ダスト質量、ラジアンス、温度は、星形成モード（sSFR）とどのように相関するか？
• RQ2 レイリー＝ジェーンズ尾部における1つのモノクロミックラジアンスが、全赤外線ラジアンスおよびダスト質量を正確に推定できるか。その際の誤差はどの程度か？
• RQ3 スターダスト質量比に対するダスト質量比は、スターダスト質量および星形成効率とどのように変化するか？
• RQ4 ダスト質量は、原子ガスまたは分子ガスの個別成分よりも、全ガス質量（原子＋分子）とより強く相関するか？
• RQ5 850 μmから全ISM質量への換算係数（α_850）の散らばりと相関は何か。また、L_IRやsSFRに依存するか？

主な発見

• L_IR、M_dust、T_coldを結ぶ「ダスト平面」は、星形成爆発銀河（高sSFR）が、マインシーケンスまたは受動的銀河よりも高いダスト質量、ラジアンス、冷たいダスト温度を持つことを示している。
• ダスト質量は、分子ガスまたは中性ガス質量単独よりも、全ISM質量（M_ISM ∝ M_dust^0.7）とより強く相関している。
• 850 μmでの単一モノクロミックラジアンスからL_IRおよびM_dustを推定できるが、誤差はそれぞれ0.12 dexおよび0.20 dexである。T_coldが分かっている場合は、誤差は0.05 dexおよび0.10 dexにまで低減される。
• 850 μmラジアンスから全ISM質量への換算係数α_850は、大きな散らばり（rms = 0.29 dex）を示し、L_IRとの相関は弱い。したがって、普遍的な換算係数は存在しない。
• 高い単位ダスト質量（M_dust/M_*）を持つ銀河はガスが豊富で、高いSFRを示しており、ダスト含量、ガス貯留、星形成活動の強い関連性が確認された。
• 本研究では、校正済みのDL07モデルパラメータおよび経験的関係を提供しており、限られた光度測定からのダストおよびガス特性推定における不確実性を顕著に低減している。