[論文レビュー] Properties of $z\sim3-6$ Lyman Break Galaxies. II. Impact of nebular emission at high redshift

S. de Barros, D. Schaerer+1 more|arXiv (Cornell University)|Jul 16, 2012

Astronomy and Astrophysical Research被引用数 72

ひとこと要約

本研究では、全線スペクトルエネルギー分布（SED）モデリングを用いた $z\sim3$--6 ライマンブレイク銀河（LBGs）の物理的性質にネイバル線発光が与える影響を調査する。ネイバル発光を含めると、顕著に若い年齢、低い星形成物質量、高いチリ遮蔽、SFR--$M_\star$ 関係における散らばりが生じ、約65%の LBG が検出可能な発光ラインを示しており、高赤方偏移域における周期的またはバースト型の星形成歴が示唆される。

ABSTRACT

We present a homogeneous, detailed analysis of the spectral energy distribution (SED) of $\sim$ 1700 LBGs from the GOODS-MUSIC catalogue with deep multi-wavelength photometry from $U$ band to 8 $μ$m to determine stellar mass, age, dust attenuation, and star formation rate. Using our SED fitting tool, which takes into account nebular emission, we explore a wide parameter space. We also explore a set of different star formation histories. Nebular emission is found to significantly affect the determination of the physical parameters for the majority of $z \sim $ 3--6 LBGs. We identify two populations of galaxies by determining the importance of the contribution of emission lines to broadband fluxes. We find that $\sim$ $65\%$ of LBGs show detectable signs of emission lines, whereas $\sim$ $35\%$ show weak or no emission lines. This distribution is found over the entire redshift range. We interpret these groups as actively star forming and more quiescent LBGs, respectively. We find that it is necessary to considerer SED fits with very young ages ($<50$ Myr) to reproduce some colours affected by strong emission lines. Other arguments favouring episodic star formation and relatively short star formation timescales are also discussed. Considering nebular emission generally leads to a younger age, lower stellar mass, higher dust attenuation, higher star formation rate, and a large scatter in the SFR-$M_{\star}$ relation. Our analysis yields a trend of increasing specific star formation rate with redshift, as predicted by recent galaxy evolution models. The physical parameters of approximately two thirds of high redshift galaxies are significantly modified when we account for nebular emission. The SED models which include nebular emission shed new light on the properties of LBGs with numerous important implications.

研究の動機と目的

• 高赤方偏移 LBG における物理的パラメータ（質量、年齢、チリ、SFR）の導出にネイバル発光が与える影響を評価すること。
• 深紫外から8 $\mu$m までの多波長光度計測を用いて、$z\sim3$--6 LBG における発光ラインの広がりと影響を特定すること。
• ネイバル発光を含めた場合に、異なる星形成歴（SFH）が SED フィッティング結果に与える影響を評価すること。
• 標準的な仮定（例えば、100 Myr 以上の時間スケールで一定の星形成）が高赤方偏移 LBG に対して妥当かどうかを検証すること。

提案手法

• GOODS-MUSIC カタログに含まれる約1700個の LBG に対して、$U$ バンドから8 $\mu$m までの深紫外光度計測を用いた SED フィッティング。
• HII領域からのネイバル発光（ライン強度と連続スペクトル寄与を含む）を一貫して組み込んだ SED フィッティングツールの実装。
• 一定、増加、遅延、および周期的モデルを含む広範な星形成歴の探索。
• ネイバル発光を含む・含まない状況での結果を比較し、パラメータ推定における系統的バイアスを定量化。
• チリ遮蔽の $\beta$-スロープ関係を用いるが、モデルの一貫性に基づいた更新された仮定を採用。
• 異なるモデル仮定下でのパラメータ分布および SFR--$M_\star$ 関係の散らばりに関する統計的分析。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ネイバル発光を含めると、$z\sim3$--6 LBG の推定物理的パラメータ（星形成物質量、年齢、チリ、SFR）はどのように変化するか？
• RQ2 $z\sim3$--6 LBG の何パーセントが検出可能なネイバル発光を示し、その割合は赤方偏移とともにどのように変化するか？
• RQ3 ネイバル発光を含めた場合、異なる星形成歴（例：周期的、短時間スケールのバースト）が SED フィッティング結果にどの程度影響を与えるか？
• RQ4 100 Myr 以上の時間スケールで一定の星形成が続くという標準的仮定は、高赤方偏移 LBG に対して妥当であるか、観測された SED と整合しないか？
• RQ5 ネイバル発光は、$z\sim3$--6 における SFR--$M_\star$ 関係の散らばりと進化にどのように影響を与えるか？

主な発見

• ネイバル発光は、$z\sim3$--6 LBG の約2/3に物理的パラメータに顕著な影響を与え、年齢が <50 Myr に若く、星形成物質量が低くなる。
• 約65%の LBG が検出可能な発光ラインを示しており、活発またはバースト型の星形成を示唆するが、約35%は弱いまたは発光ラインがないため、より静穏なシステムを示唆する。
• ネイバル発光を含めると、推定されるチリ遮蔽が高くなり、星形成率（SFR）が高くなり、SFR--$M_\star$ 関係における散らばりも増加する。
• 特定星形成率（sSFR）は赤方偏移とともに増加し、現代の銀河進化モデルの予測と整合的である。
• 周期的または短時間スケールの星形成歴モデルは、特に強い発光ラインに影響を受ける色指標をよりよく再現する。
• 標準的な「メインシーケンス」星形成（散らばりが小さい）は $z\gtrsim3$ では支持されない。代わりに、変動する SFH とネイバル発光の影響によって、大きな散らばりが自然に説明できる。