[論文レビュー] PEGASE.2, a metallicity-consistent spectral evolution model of galaxies: the documentation and the code

Michel Fioc, B. Rocca‐Volmerange|arXiv (Cornell University)|Dec 9, 1999

Astronomy and Astrophysical Research被引用数 55

ひとこと要約

PEGASE.2 は、非太陽系金属量の星の進化軌道、Lejeune 他による星の分光ライブラリ、および消光の放射エネルギー輸送を用いて、合成スペクトルおよび光度色を合成する金属量に一貫性のある銀河スペクトル進化モデルである。非太陽系金属量、星形成歴、フィルタの多様な組み合わせにおいて、正確な銀河進化のモデリングを可能にし、カスタム可能な IMF、SFR、フィルタ応答をモジュラー Fortran コードおよびデータファイルを介して完全にサポートする。

ABSTRACT

We provide here the documentation of the new version of the spectral evolution model PEGASE. PEGASE computes synthetic spectra of galaxies in the UV to near-IR range from 0 to 20 Gyr, for a given stellar IMF and evolutionary scenario (star formation law, infall, galactic winds). The radiation emitted by stars from the main sequence to the pre-supernova or white dwarf stage is calculated, as well as the extinction by dust. A simple modeling of the nebular emission (continuum and lines) is also proposed. PEGASE may be used to model starbursts as well as old galaxies. The main improvements of PEGASE.2 relative to PEGASE.1 (Fioc & Rocca-Volmerange 1997) are the following: (1)The stellar evolutionary tracks of the Padova group for metallicities between 0.0001 and 0.1 have been included; (2)The evolution of the metallicity of the interstellar medium (ISM) due to SNII, SNIa and AGB stars is followed. Stars are formed with the same metallicity as the ISM (instead of a solar metallicity in PEGASE.1), providing thus a metallicity-consistent model; (3)Lejeune et al.'s library of stellar spectra is used; (4)The extinction by dust is computed for geometries corresponding to disk and spheroidal galaxies using a radiative transfer code taking into account the scattering. The main outputs (as a function of time) are spectra, colors and magnitudes in various photometric systems, luminosities, type II and Ia supernovae rates, line intensities and equivalent widths, amount and metallicity of stars and gas, mass locked in stellar remnants, optical depth and total dust emission. The corresponding article (Fioc & Rocca-Volmerange 2000) will be submitted soon. A detailed modeling of the spectrum of the dust emission and of HII regions (Moy, Rocca-Volmerange & Fioc 2000) will be included in future versions.

研究の動機と目的

• 星の進化軌道および合成スペクトルに非太陽系金属量を一貫して組み込むスペクトル進化モデルの開発。
• 多様な星形成歴および金属量において、銀河の光度測定およびスペクトルエネルギー分布の正確な計算を可能にする。
• 研究者が初期質量関数、星形成率、フィルタ応答をカスタマイズできる柔軟で拡張可能なフレームワークを提供する。
• 放射エネルギー輸送と質量損失の規定を用いた消光モデリングおよび将来の遠赤外およびネバリア放射への拡張を支援する。
• 再現可能な銀河合成シミュレーションを実行可能な、公開可能で詳細なドキュメンテーションが整った Fortran ベースのコードベースを提供する。

提案手法

• Padova 群の星の進化軌道を用い、金属量 Z = 0.0001 から Z = 0.10 までをカバーし、高質量星および後 AGB 段階のための補間された擬似軌道を含む。
• Lejeune 他 (1997, 1998) の星の分光ライブラリを用いて、さまざまな効果的温度および金属量におけるスペクトルエネルギー分布を実装する。
• 最初の巨星系列では Reimers の質量損失則 (η = 0.4) を、TP-AGB 段階では η = 4 を用いて、放射エネルギー輸送を適用し、ほこりによる消光およびスペクトル進化をモデリングする。
• モジュラー Fortran 77 パイプラインを用いて合成スペクトルおよび光度測定を計算する：SSPs.f は単一星族を、scenarios.f は SFR 入力を、spectra.f は完全合成を、colors.f はマグニチュードおよび色を処理する。
• 外部ファイルで定義された区分的べき乗法により、カスタム可能な初期質量関数 (IMF) をサポートし、10 種類の標準 IMF（例：Salpeter、Kroupa、Kennicutt）を提供する。
• filters.dat での構造化された入力フォーマットにより、ユーザー定義フィルタを可能にし、フラックス、マグニチュード、D4000 素子の補正オプションを備える。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 広範な金属量（非太陽系の低・高金属量を含む）において、合成銀河スペクトルをどのように正確に計算できるか？
• RQ2 星形成歴および初期質量関数の変動が、予測されるスペクトルエネルギー分布および光度色に与える影響は何か？
• RQ3 放射エネルギー輸送および質量損失規定を用いて、スペクトル合成でほこりによる消光を一貫してモデリングする方法は？
• RQ4 ネバリア放射および遠赤外寄与を含めるために、モデルをどの程度拡張できるか？より包括的な銀河 SED を得るための可能性は？
• RQ5 コアコードを変更せずに、ユーザーが新しいフィルタ、IMF、または星形成率則をモデルにカスタマイズする方法は？

主な発見

• PEGASE.2 は、金属量 (Z = 0.0001 から Z = 0.10)、星形成歴、IMF の任意の組み合わせで形成された銀河の合成スペクトルおよび光度測定を提供する。
• モデルは、非太陽系金属量の進化軌道と Lejeune 星の分光ライブラリを効果的に統合し、全金属量範囲にわたる一貫性のあるスペクトル合成を実現する。
• 最初の巨星系列では η = 0.4、TP-AGB 段階では η = 4 を用いた放射エネルギー輸送により、観測されたスペクトル特徴および消光効果が再現される。
• SSPs.f モジュールにより、区分的べき乗法によるカスタム IMF がサポートされ、正規化および連続性が保証される。
• filters.dat を変更し、calib.f を実行することで、ユーザーは新しいフィルタをモデルに拡張可能で、透過率および補正タイプの完全な制御が可能である。
• モデルは正規化された絶対マグニチュード、単色輝度、および発光線輝度/等価幅を出力し、HII.dat は Hβ に対する線強度を相対的に提供する。