[論文レビュー] Near-infrared and optical broadband surface photometry of 86 face-on disk dominated galaxies. IV. Using color profiles to study stellar and dust content of galaxies

Roelof S. de Jong|ArXiv.org|Apr 2, 1996

Impact of Light on Environment and Health被引用数 5

ひとこと要約

本研究では、86個の正面面を向いた渦巻銀河の近赤外および可視光のバンド幅表面光度測定を分析し、色プロファイルを通じて星間物質およびダストの内容を調査した。色勾配は、主に径方向の星の年齢および金属量勾配によって最もよく説明され、ダストによる赤化は僅かな役割にとどまる。これにより、回転曲線解析における「欠落光」問題が悪化する、顕著な質量対光度比（M/L）の変動が生じる。

ABSTRACT

The stellar and dust content of spiral galaxies as function of radius has been investigated using near-infrared and optical broadband surface photometry of 86 face-on spiral galaxies. Colors of galaxies correlate with the azimuthally averaged local surface brightness both within and among galaxies, with the lower surface brightness regions being bluer. The colors formed from different passband combinations correlate strongly indicating that they probably arise from the same physical process. A 3D radiative transfer model was developed to calculate the effect of dust absorption and scattering on the luminosity and color profiles of galaxies. Stellar synthesis models were used to investigate the effects of the star formation history and the metallicity on the broadband color profiles. Combining all optical and near-infrared data shows that the color gradients in this sample of face-on galaxies are best explained by a combined stellar age and metallicity gradient across the disk, with the outer regions being on average younger and of lower metallicity. Dust reddening probably plays only a minor role, as the dust models cannot produce reddening profiles that are compatible with the observations. The observed color differences implicate substantial M/L_lambda differences, both within galaxies and among galaxies. The variations are such that the ``missing light'' problem derived from rotation fitting becomes even worse. Late-type galaxies (T>=6) have lower metallicities and are often of younger average age than earlier types and have therefore an entirely different M/L_λin most passbands. The near-infrared passbands are recommended for studies where the M/L_λratios should not vary too much.

研究の動機と目的

• マルチバンド光度測定を用いて、正面面を向いたディスク優勢銀河における星およびダスト成分の径方向分布を理解すること。
• 観測された色勾配が星の集団的性質に起因するのか、それともダスト減光効果に起因するのかを特定すること。
• 星形成歴および金属量がバンド幅色プロファイルに与える影響を評価すること。
• ダストが観測された色勾配を生じさせる役割と、質量対光度比（M/L）推定値に与える影響を評価すること。
• M/L_lambdaの変動が、銀河の回転曲線解析における「欠落光」問題にどのように影響するかを検討すること。

提案手法

• 86個の正面面を向いた渦巻銀河について、近赤外および可視光のバンド幅表面光度測定を取得した。
• さまざまなフィルタ組み合わせ（例：B, V, R, I, K）を用いて、方位平均色プロファイルを構築した。
• ダストの吸収および散乱効果が光度および色プロファイルに与える影響を模擬するために、3次元放射移動モデルを適用した。
• 星形成歴および金属量が色プロファイルに与える影響を調査するために、星の合成モデルを用いた。
• 可視光および近赤外データを統合し、観測された色勾配の物理的起源を制約した。
• モデル予測と観測色プロファイルを比較し、年齢、金属量、ダストの相対的寄与度を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 正面面を向いた渦巻銀河で観測された色勾配の原因は、星の集団的勾配か、ダストによる赤化か？
• RQ2 ダストの吸収および散乱が、観測された光度および色プロファイルにどの程度影響を及えるか？
• RQ3 ディスク全体にわたり星の年齢および金属量がどのように変化するかが、バンド幅色プロファイルに与える影響は？
• RQ4 これらの星およびダストの性質が、異なるフィルタバンドにおける質量対光度比（M/L_lambda）に与える影響は？
• RQ5 導出されたM/L_lambdaの変動が、回転曲線フィッティングから導かれる「欠落光」問題にどのように影響するか？

主な発見

• サンプル内の色勾配は、主に径方向の星の年齢および金属量勾配の組み合わせによって最もよく説明される。外側領域は若く、金属量も低い。
• ダストによる赤化は僅かな役割にとどまり、ダストモデルが顕著なずれを生じさせずに観測色プロファイルを再現できない。
• 観測された色の差が、銀河内および銀河間で顕著な質量対光度比（M/L_lambda）の変動を引き起こす。
• 遅いタイプの銀河（T ≥ 6）は、初期タイプよりも金属量が低く、平均的な星の年齢も若いことから、ほとんどのフィルタバンドで顕著に異なるM/L_lambdaを示す。
• 星の集団的性質の変動に対して感度が低いことから、安定なM/L_lambda比が求められる研究には近赤外フィルタバンドが推奨される。
• 年齢および金属量勾配の併存効果により、回転曲線フィッティングから導かれる「欠落光」問題が、半径に応じてM/L_lambdaが顕著に変動するため、悪化する。