[論文レビュー] Probing the Dust Properties of Galaxies up to Submillimetre Wavelengths I. The Spectral Energy Distribution of dwarf galaxies using LABOCA

M. Galametz, S. C. Madden+8 more|arXiv (Cornell University)|Sep 30, 2009

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 95被引用数 49

ひとこと要約

本研究では、APEXのLABOCAを用いた870 μmの観測データを用いて、4つの低金属量矮星銀河のスペクトルエネルギー分布（SED）をモデル化し、NGC 1705およびHaro 11に顕著な冷たいチリ成分（全チリ質量の70 %以上）が存在することを明らかにした。サブミリ波長データの組み込みによりチリ質量の推定値が上昇し、異常な高いチリ対ガス質量比およびシュミット則からの逸脱が示され、追跡されていない分子ガスの蓄えが存在する可能性を示唆している。

ABSTRACT

We present 870 micron images of four low metallicity galaxies (NGC1705, Haro11, Mrk1089 and UM311) observed with the Large APEX BOlometer CAmera (LABOCA). We model their spectral energy distributions combining the submm observations of LABOCA, 2MASS, IRAS, Spitzer photometric data and the IRS data for Haro11. We find that a significant mass of dust is revealed when using submm constraints compared to that measured with only mid-IR to far-IR observations extending only to 160 microns. For NGC1705 and Haro11, an excess in submillimeter wavelengths is detected and we rerun our SED procedure adding a cold dust component (10K) to better describe the high 870 micron flux derived from LABOCA observations, which significantly improves the fit. We find that at least 70% of the dust mass of these two galaxies can reside in a cold dust component. We also show that the subsequent dust-to-gas mass ratios, considering HI and CO observations, can be strikingly high for Haro11 in comparison with what is usually expected for these low-metallicity environments. Furthermore, we derive the SFR of our galaxies and compare them to the Schmidt law. Haro11 falls anomalously far from the Schmidt relation. These results may suggest that a reservoir of hidden gas could be present in molecular form not traced by the current CO observations. We also derive the total IR luminosities derived from our models and compare them with relations that derive this luminosity from Spitzer bands. We find that the Draine & Li (2007) formula compares well to our direct IR determinations.

研究の動機と目的

• 多波長のSEDモデリングを用いて、低金属量矮星銀河におけるチリの性質（質量、温度、組成）を制約すること。
• 短波長データのみを用いた場合と比較して、サブミリ波長（870 μm）観測がチリ質量および組成推定値に与える影響を評価すること。
• NGC 1705およびHaro 11における過剰なサブミリ波長放射の原因を調査し、冷たいチリ成分の存在を評価すること。
• チリ対ガス質量比を導出し、化学進化モデルおよびHI/CO観測の予測と比較すること。
• 星形成率の推定値とシュミット則との整合性を評価し、全赤外線ラジアンスを経験的公式と比較すること。

提案手法

• APEX望遠鏡に搭載されたLABOCAを用いて、4つの矮星銀河（NGC 1705、Haro 11、Mrk 1089、UM 311）の870 μm連続スペクトル画像を取得した。
• 2MASS、IRAS、スパイトル（IRAC/MIPS）、およびHaro 11のIRS分光観測データと組み合わせることで、全SEDを構築した。
• 多環芳香族炭化水素（PAHs）、非晶質ケイ酸塩、および炭素質粒子を含むチリ放射モデルを用いてSEDにフィットした。
• サブミリ波長の制約を含む・含まないモデルを比較し、導出されたチリ質量および温度分布に与える影響を評価した。
• 870 μmの放射に特に適合させるために、冷たいチリ成分（T ≈ 10 K、β = 1）を導入した。
• SEDモデルから全赤外線ラジアンス（L_TIR）を計算し、Draine & Li (2007)、Dale & Helou (2002)の経験的公式と比較した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 低金属量矮星銀河における冷たいチリ（T ≈ 10 K）の全チリ質量に占める寄与は何か？また、これは過剰なサブミリ波長放射を説明できるか？
• RQ2 870 μmのサブミリ波長観測が、160 μmまでに制限されたデータのみを用いたモデルと比較して、導出される全チリ質量にどのように影響するか？
• RQ3 これらの銀河におけるチリ対ガス質量比は何か？化学進化モデルおよびHI/CO観測の予測と比較するとどうなるか？
• RQ4 Haro 11がシュミット則から著しく逸脱するのはなぜか？これは追跡されていない分子ガスの蓄えによるものだろうか？
• RQ5 経験的公式（例：Draine & Li 2007）は、SEDモデリングから導出された全赤外線ラジアンスをどれほどよく再現できるか？

主な発見

• 4つの銀河におけるPAH質量分率は全チリ質量の0.08–0.8 %であり、ミルキーウェイに比べ5–50倍低い。
• 870 μmのサブミリ波長制約を含めると、160 μmまでに制限されたデータのみを用いたモデルと比較して、導出される全チリ質量が増加する。
• NGC 1705およびHaro 11では、約10 Kの冷たいチリ成分が全チリ質量の少なくとも70 %を占め、SEDフィットの改善に顕著な寄与を示した。
• Haro 11におけるチリ対ガス質量比は0.2であり、低金属量に見合う予測よりも著しく高く、HIおよびCO観測の上限値とも整合しない。
• Haro 11はシュミット則から著しく逸脱しており、追跡されていない分子ガスの蓄えが存在する可能性を示唆しており、CO観測が示す量の10倍程度のガスが存在する可能性がある。
• 全赤外線ラジアンス（L_TIR）は、NGC 1705で5.8 × 10⁷ L☉からHaro 11で1.7 × 10¹¹ L☉の範囲にのぼり、Draine & Li (2007)の公式がモデルから導出されたL_TIRと最もよく一致した。