[論文レビュー] Significant Dust-Obscured Star Formation in Luminous Lyman-break Galaxies at $z$$\sim$$7$$-$$8$

Sander Schouws, Mauro Stefanon+14 more|arXiv (Cornell University)|May 25, 2021

Astronomy and Astrophysical Research参考文献 2被引用数 5

ひとこと要約

本研究では、$z\sim7$--8の15個の明るいライマンブレイク銀河のALMA連続スペクトル観測を用いて、チリで遮蔽された星形成を検出する。6つの有意なチリ検出が得られ、遮蔽された星形成率（SFR）は20--105 $M_\odot$ yr$^{-1}$であった。この結果は、これらの高赤方偏移銀河における星形成の最大1/3がチリで遮蔽されていることを示し、従来のUVのみに依存する推定を挑戦するものであり、$z\sim0$以降のIRX--$\beta_{\rm UV}$関係にほとんど変化がないことを示唆している。

ABSTRACT

We make use of ALMA continuum observations of $15$ luminous Lyman-break galaxies at $z$$\sim$$7$$-$$8$ to probe their dust-obscured star-formation. These observations are sensitive enough to probe to obscured SFRs of $20$ $M_{\odot}$$/$$yr$ ($3σ$). Six of the targeted galaxies show significant ($\geq$$3$$σ$) dust continuum detections, more than doubling the number of known dust-detected galaxies at $z$$>$$6.5$. Their IR luminosities range from $2.7$$ imes$$10^{11}$ $L_{\odot}$ to $1.1$$ imes$$10^{12}$ $L_{\odot}$, equivalent to obscured SFRs of $20$ to $105$ $M_{\odot}$$/$$yr$. We use our results to quantify the correlation of the infrared excess IRX on the UV-continuum slope $β_{UV}$ and stellar mass. Our results are most consistent with an SMC attenuation curve for intrinsic $UV$-slopes $β_{UV,intr}$ of $-2.63$ and most consistent with an attenuation curve in-between SMC and Calzetti for $β_{UV,intr}$ slopes of $-2.23$, assuming a dust temperature $T_d$ of $50$ K. Our fiducial IRX-stellar mass results at $z$$\sim$$7$$-$$8$ are consistent with marginal evolution from $z$$\sim$$0$. We then show how both results depend on $T_d$. For our six dust-detected sources, we estimate their dust masses and find that they are consistent with dust production from SNe if the dust destruction is low ($

研究の動機と目的

• 再電離期における銀河形成の重要な段階である、$z\sim7$--8の最も明るい銀河におけるチリで遮蔽された星形成の役割を理解すること。
• UVに基づく測定に依存する星形成率（SFR）密度推定値に生じる不確実性を解消すること。これは、顕著な遮蔽成分を無視する可能性がある。
• 特にUVが明るい系（$M_{UV} < -21.5$）における、$z\sim7$--8銀河の全SFR密度に占めるチリで遮蔽されたSFRの寄与を定量化すること。
• ALMA連続スペクトル検出とSEDモデリングを用いて、高赤方偏移銀河におけるチリ減光曲線とチリ質量を制約すること。
• 超新星（SN）によるチリ生成メカニズムが、これらの初期銀河におけるチリの起源を比較検討すること。

提案手法

• 3$\sigma$で20 $M_\odot$ yr$^{-1}$の遮蔽SFRを検出可能な感度を持つ、1.2 mm帯での深さのあるALMA連続スペクトル観測を、$z\sim7$--8の15個の明るいライマンブレイク銀河に対して実施。
• UVとFIRデータを統合して、IRラジアンスとIRX（$L_{\rm IR}/L_{\rm UV}$）を推定するため、SEDフィッティングを用いて内在的UV傾き（$\beta_{\rm UV,intr}$）と星形成質量を導出。
• チリ減光曲線（SMCおよびCalzetti）と変化するチリ温度（$T_d$）を用いて、最良のフィットを求めるためにIRX--$\beta_{\rm UV}$関係をモデリング。
• 修正ブラックボディスペクトルを仮定し、$T_d$を30 Kから60 Kの範囲で変化させることで、観測されたFIRフラックスからチリ質量を推定。
• 観測されたチリ検出を用いて、遮蔽SFR寄与を組み込んだことで、UVベースのSFR密度推定値に対する補正係数を算出。
• 導出されたチリ質量を用いて、低破壊率（$<90\%$）の超新星駆動チリ生成モデルが、観測されたチリ含量を説明できるかを検証。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ALMA連続スペクトル検出を用いて、$z\sim7$--8の最も明るい銀河におけるチリで遮蔽された星形成の程度はどの程度か？
• RQ2 $z\sim7$--8におけるIRX--$\beta_{\rm UV}$関係は、局所の関係とどのように異なるか？これはチリ減光曲線にどのような含意をもたらすか？
• RQ3 $M_{UV} < -21.5$の$z\sim7$--8銀河における、チリで遮蔽された星形成が全星形成率密度に占める寄与はどの程度か？
• RQ4 $z\sim7$--8銀河における観測されたチリ質量は、超新星チリ生成モデルの予測とどのように比較されるか？
• RQ5 $L_{\rm IR} > 10^{11}$--$10^{12}$ $L_\odot$である$z\sim7$--8銀河のIRラジアンス関数の下限は何か？

主な発見

• 15個の標的銀河のうち6つが有意（≥3$\sigma$）なチリ連続スペクトル検出を示し、$z>6.5$のチリ検出銀河数は2倍以上に増加した。
• 観測されたIRラジアンスは$2.7\times10^{11}$から$1.1\times10^{12}$ $L_\odot$の範囲にあり、対応する遮蔽SFRは20から105 $M_\odot$ yr$^{-1}$であった。
• $z\sim7$--8におけるIRX--$\beta_{\rm UV}$関係は、$\beta_{\rm UV,intr} = -2.63$のときSMCに類似した減光曲線で最もよくフィットし、$\beta_{\rm UV,intr} = -2.23$のときSMCとCalzettiの中間の曲線でフィットした。
• $z\sim7$--8におけるIRX--星形成質量関係は、$z\sim0$と顕著な進化を示さず、質量の大きな銀河におけるチリと星形成の関係が安定していることを示唆している。
• UVベースのSFR密度推定値に対する補正係数は、$z\sim7$で1.5$^{+0.3}_{-0.3}$（0.18$^{+0.08}_{-0.10}$ dex）、$z\sim8$で1.6$^{+0.2}_{-0.3}$（0.20$^{+0.05}_{-0.09}$ dex）であり、星形成の約1/3が遮蔽されていることを示している。
• チリ質量は$\sim10^7$から$10^8$ $M_\odot$の範囲にあり、チリ破壊率が低い（<90%）場合に超新星によるチリ生成と整合的であり、初期銀河におけるチリの主要な供給源として超新星が支配的であることを支持する。