[論文レビュー] Revealing the cold dust in low-metallicity environments: I - Photometry analysis of the Dwarf Galaxy Survey with Herschel

A. Rémy-Ruyer, S. C. Madden+23 more|Ghent University Academic Bibliography (Ghent University)|Sep 5, 2013

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 138被引用数 79

ひとこと要約

本研究では、48個の低金属量矮星系のハーシェル赤外光度測定を提示し、修正ブラックボディフィッティングを用いて、遠赤外〜ミリ波長域のダスト特性を分析している。結果として、ダストは平均で32 Kとやや高温に、ダスト質量と星の質量比はKINGFISHと比較して低く（0.02% 対 0.1%）、500 µmで検出された矮星系の41%で顕著なミリ波長域の過剰放射（最大150%）を示した。特に金属量が最も低い系で顕著で、長波長観測の必要性が浮き彫りになった。

ABSTRACT

We present new photometric data from our Herschel Key Programme, the Dwarf Galaxy Survey (DGS), dedicated to the observation of the gas and dust in 48 low-metallicity environments. They were observed with PACS and SPIRE onboard Herschel at 70,100,160,250,350, and 500 microns. We focus on a systematic comparison of the derived FIR properties (FIR luminosity, dust mass, dust temperature and emissivity index) with more metal-rich galaxies and investigate the detection of a potential submm excess. The data reduction method is adapted for each galaxy to derive the most reliable photometry from the final maps. PACS flux densities are compared with the MIPS 70 and 160 microns bands. We use colour-colour diagrams and modified blackbody fitting procedures to determine the dust properties of the DGS galaxies. We also include galaxies from the Herschel KINGFISH sample, containing more metal-rich environments, totalling 109 galaxies. The location of the DGS galaxies on Herschel colour-colour diagrams highlights the differences in global environments of low-metallicity galaxies. The dust in DGS galaxies is generally warmer than in KINGFISH galaxies (T_DGS~32 K, T_KINGFISH~23 K). The emissivity index, beta, is ~1.7 in the DGS, but metallicity does not make a strong effect on beta. The dust-to-stellar mass ratio is lower in low-metallicity galaxies: M_dust/M_star~0.02% for the DGS vs 0.1% for KINGFISH. Per unit dust mass, dwarf galaxies emit ~6 times more in the FIR than higher metallicity galaxies. Out of the 22 DGS galaxies detected at 500 micron, 41% present an excess in the submm not explained by our dust SED model. The excess mainly appears in lower metallicity galaxies (12+log(O/H) < 8.3), and the strongest excesses are detected in the most metal-poor galaxies. We stress the need for observations longwards of the Herschel wavelengths to detect any submm excess appearing beyond 500 micron.

研究の動機と目的

• ハーシェルのPACSおよびSPIRE機器を用いて観測された48個の低金属量矮星系に対して、信頼性の高い遠赤外光度測定を提供すること。
• 本研究の矮星系のFIR/ミリ波長域ダスト特性を、合計109個の星系を含む金属量のより高いKINGFISHサンプルと比較すること。
• 低金属量環境における潜在的なミリ波長域過剰放射の存在とその起源を調査すること。
• 金属量に依存するダスト温度、発光性指数、ダスト質量の依存関係を検討すること。
• 矮星系における単位ダスト質量あたりの放射場の影響がダスト放射に与える影響を評価すること。

提案手法

• 各星系に特化したデータ還元を実施し、70, 100, 160, 250, 350, 500 µmのハーシェルマップから最も正確な全波長密度を導出すること。
• スペイツァーMIPS 70および160 µmバンドとの照合を用いて、ハーシェルPACSの光度を校正し、光度測定の一貫性を確保すること。
• DGS星系のFIR/ミリ波長域スペクトルエネルギー分布（SED）行動を分析するために、ハーシェルの色-色図を用いること。
• 修正ブラックボディフィッティングを用いて、ダスト温度（T）、発光性指数（β）、ダスト質量（M_dust）、FIR全波長放射（L_FIR）を導出すること。
• DGSの結果を金属量の高いKINGFISHサンプルと比較し、ダスト特性における金属量に起因する差を特定すること。
• 理論的発光性指数β_theo = 2.0を仮定した修正ブラックボディモデルの予測と比較することで、ミリ波長域過剰の統計的分析を行うこと。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 低金属量矮星系のダスト温度と発光性指数は、金属量のより高い星系と比べてどのように異なるか？
• RQ2 低金属量矮星系におけるダスト質量と星の質量比は、金属量の高い星系と比べてどの程度異なるか？
• RQ3 矮星系におけるFIR/ミリ波長域放射は、標準的な修正ブラックボディモデルの予測をどの程度上回るか？
• RQ4 ミリ波長域過剰は金属量の低下と相関するか、特に金属量が最も低い系で顕著か？
• RQ5 低金属量星系におけるミリ波長域過剰を完全に解明するには、500 µmを超える長波長観測が必要か？

主な発見

• DGSサンプルの平均ダスト温度は約32 Kであり、KINGFISHサンプルの23 Kと比較して顕著に高温で、金属量が低いほど温度が上昇する傾向が明確に見られた。
• DGS星系におけるダスト質量と星の質量比は0.02%にとどまり、KINGFISH星系で観測された0.1%と比較して顕著に低く、低金属量環境では単位星の質量あたりのダストが少ないことを示している。
• ダスト質量が低いにもかかわらず、矮星系は金属量の高い星系と比較して、単位ダスト質量あたり約6倍のFIR/ミリ波長域放射を示しており、ダスト粒子に及ぼす放射場の影響が強いことが示唆された。
• 500 µmで検出された22個のDGS星系のうち、41%がβ = 2.0を仮定した修正ブラックボディモデルの予測を上回るミリ波長域過剰を示しており、特に金属量が最も低い系で最大150%に達した。
• ミリ波長域過剰は12+log(O/H) ≤ 8.3の星系で最も顕著で、低金属量と長波長ミリ波長域での過剰放射の強い相関があることを示唆している。
• 本研究は、ミリ波長域過剰を完全に特徴づけるには500 µmを超える波長での観測が不可欠であることを強調しており、過剰はハーシェルの最も長いバンドを越えて初めて顕在化する可能性がある。