[論文レビュー] Probing the Dust Properties of Galaxies at Submillimetre Wavelengths II. Dust-to-gas mass ratio trends with metallicity and the submm excess in dwarf galaxies

M. Galametz, S. C. Madden+4 more|arXiv (Cornell University)|Apr 5, 2011

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 132被引用数 117

ひとこと要約

本研究では、サブミリメートル（submm）観測が、特に低金属量の矮星銀河において、ダスト質量およびダスト対ガス質量比（D/G）の測定に与える影響を調査する。SED（スペクトルエネルギー分布）を160 μm以上のサブミリメートルデータを含む場合と含まない場合でモデル化することで、著者らはサブミリメートル制約が正確なダスト質量推定に不可欠であることを示している。これにより誤差が低減され、9つの低金属量銀河でサブミリメートル過剰が明らかになった。主な発見は、サブミリメートルデータを含めることで、D/Gと金属量の相関が強化され、特に10 Kの寒冷ダスト成分（T = 10 K）を追加して過剰を説明することで顕著になることである。

ABSTRACT

We are studying the effects of submm observations on the total dust mass and thus dust-to-gas mass ratio measurements. We gather a wide sample of galaxies that have been observed at submm wavelengths to model their Spectral Energy Distributions using submm observations and then without submm observational constraints in order to quantify the error on the dust mass when submm data are not available. Our model does not make strong assumptions on the dust temperature distribution to precisely avoid submm biaises in the study. Our sample includes 52 galaxies observed at submm wavelengths. Out of these, 9 galaxies show an excess in submm which is not accounted for in our fiducial model, most of these galaxies being low- metallicity dwarfs. We chose to add an independant very cold dust component (T=10K) to account for this excess. We find that metal-rich galaxies modelled with submm data often show lower dust masses than when modelled without submm data. Indeed, these galaxies usually have dust SEDs that peaks at longer wavelengths and require constraints above 160 um to correctly position the peak and sample the submillimeter slope of their SEDs and thus correctly cover the dust temperature distribution. On the other hand, some metal-poor dwarf galaxies modelled with submm data show higher dust masses than when modelled without submm data. Using submm constraints for the dust mass estimates, we find a tightened correlation of the dust-to-gas mass ratio with the metallicity of the galaxies. We also often find that when there is a submm excess present, it occurs preferentially in low-metallicity galaxies. We analyse the conditions for the presence of this excess and find a relation between the 160/850 um ratio and the submm excess.

研究の動機と目的

• サブミリメートル（submm）観測が銀河におけるダスト質量およびダスト対ガス質量比（D/G）の測定に与える影響を評価すること。
• 標準的なSEDモデルが説明できない低金属量の矮星銀河に観測されたサブミリメートル過剰の存在と物理的起源を調査すること。
• サブミリメートルデータの制約を含む・含まないモデルを比較することで、ダスト質量推定の精度を向上させること。
• サブミリメートルデータが、ダスト対ガス質量比と銀河の金属量の間の観測相関をどのように精緻にするかを検討すること。
• 高赤方偏移および低金属量銀河における信頼できるD/G測定のため、サブミリメートル観測がなぜ必要不可欠であるかを評価すること。

提案手法

• 850/870 μmおよび場合によっては450 μmのサブミリメートル観測を持つ52個の銀河のサンプルを収集し、低金属量の矮星銀河から金属量の高いシステムまでをカバーした。
• 文献からの中赤外から遠赤外までのデータを用いて、サブミリメートルフラックス制約を含む・含まない両方の状況で、スペクトルエネルギー分布（SED）をモデル化した。
• まず、寒冷ダスト成分を含まないファースト・モデルを適用した。サブミリメートル過剰を示す銀河に対しては、追加の寒冷ダスト成分（T = 10 K、β = 1）を追加してフィットを改善した。
• 各銀河について、両方のモデル条件下で総ダスト質量およびダスト対ガス質量比（D/G）を導出し、サブミリメートルデータの効果を定量化した。
• サブミリメートル制約付きモデルを用いて、D/Gの金属量依存性を再評価し、改善されたデータによって相関がどのように強化されるかを評価した。
• サブミリメートル過剰の特定と寒冷ダスト放射との関係を診断するため、160/850 μmのフラックス比を分析した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 サブミリメートル観測は、銀河におけるダスト質量推定の正確性にどのように影響するか？
• RQ2 低金属量の矮星銀河に観測されたサブミリメートル過剰の起源と物理的性質は何か？
• RQ3 サブミリメートルデータを含めることで、ダスト対ガス質量比（D/G）と金属量の相関が改善されるか？
• RQ4 サブミリメートルデータが欠落していると、ダスト質量がどの程度系統的に過大または過小評価されるか？
• RQ5 160/850 μmのフラックス比と、銀河におけるサブミリメートル過剰の存在との間に測定可能な関係があるか？

主な発見

• サブミリメートルデータは正確なダスト質量推定に不可欠である：金属量の高い銀河では、誤ったピーク位置とレイリー＝ジェーンズ傾きのサンプリングにより、サブミリメートルデータなしではダスト質量が系統的に過大評価される。
• 低金属量の矮星銀河では、サブミリメートルデータの追加により、以前に考慮されていなかったサブミリメートル過剰を反映してダスト質量が高めに推定される。この過剰は、10 Kの寒冷ダスト成分で最もよくモデル化できる。
• サブミリメートル過剰は主に低金属量の銀河に見られ、サンプルの52個中9個の銀河が、SEDにフィットさせるために追加の寒冷ダスト成分を必要としている。
• サブミリメートル制約の追加により、ダスト対ガス質量比（D/G）と金属量の間の相関が強化され、D/Gが金属量トレーサーとしての信頼性が向上する。
• 160/850 μmのフラックス比とサブミリメートル過剰の存在との間に強い相関が確認され、この比が寒冷ダスト放射の診断指標として機能することが示唆された。
• 結果は、特に高赤方偏移および低金属量銀河では、rest-frameサブミリメートル観測が欠落していると、誤差が著しくなるため、ダスト質量推定にこれを用いることを警告している。