[論文レビュー] Spectroscopic study of blue compact galaxies IV. Star formation rates and gas depletion timescales

Xu Kong|ArXiv.org|Oct 29, 2004

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 66被引用数 21

ひとこと要約

本研究では、72個の青白色コンpakト銀河（BCG）における星形成率（SFR）とガス消費 timescale を、Hα、[O II] λ3727、赤外線、および電波波長の輝度、およびH i質量を用いて分析した。星の吸収とダスト減光を補正した後、SFRの指標は強く相関しており、中央値SFRは約3 M⊙ yr⁻¹、典型的なガス消費 timescale は約10億年であることが判明した。これは、BCGにおける星形成が宇宙の年齢に比べて短期間であることを示している。

ABSTRACT

This is the fourth paper in a series studying star formation rates, stellar components, metallicities, and star formation histories of a blue compact galaxy (BCG) sample. Using Ha, [OII]3727, IR, radio (1.4GHz) luminosities and neutral hydrogen gas masses, we estimated star formation rates(SFR) and gas depletion timescales of 72 star-forming BCGs. The SFRs of the BCGs in our sample span nearly four orders of magnitude, from approximately 10^-2 to 10^2M_sun/yr, with a median SFR of about 3M_sun/yr. The typical gas depletion timescale of BCGs is about one billion years. We found that subtracting underlying stellar absorption is very important to calculate both dust extinction and SFR of galaxies. Otherwise, the intrinsic extinction will be overestimated, the SFRs derived from [OII] and Ha will be underestimated (if the underlying stellar absorption and the internal extinction were not corrected from the observed luminosity) or overestimated (if an overestimated internal extinction were used for extinction correction). After both the underlying stellar absorption and the dust extinction were corrected, a remarkably good correlation emerges among Ha, [OII], IR and radio SFR indicators. Finally, we find a good correlation between the measured SFR and the absolute blue magnitude, metallicity, interstellar extinction of BCGs. Our results indicate that faint, low-mass BCGs have lower star formation rates.

研究の動機と目的

• 青白色コンパクト銀河（BCG）における信頼性の高い星形成率（SFR）を、複数の独立した指標を用いて特定すること。
• Hα、[O II] λ3727、赤外線、電波輝度といったSFR指標の間の系統的差異を評価すること。
• 星の吸収とダスト減光がSFRおよび減光推定値に与える影響を調査すること。
• 絶対等級Bバンド、金属量、および銀河間減光といった物理的性質とSFRとの相関を検討すること。
• ガス消費 timescale を推定し、現在の星形成レベルがBCGで持続可能かどうかを評価すること。

提案手法

• 72個のBCGの分光的データから、Hα、[O II] λ3727、赤外線（IR）、および1.4 GHz電波輝度を測定した。
• H iガス質量を用いて、τ_dep = M_Hi / SFR の式によりガス消費 timescale を計算した。
• スペクトル分解技術を用いて、星の吸収成分を補正した。
• 星の吸収効果を除去した後、Balmer比（F(Hα)/F(Hβ)）を用いてダスト減光を推定した。
• 標準的なSFR換算式を適用した：SFR ∝ L(Hα)、SFR ∝ L(IR)、SFR ∝ L(1.4 GHz) に適切な換算係数を用いた。
• 酸素濃度と金属量を推定するためにN2インデックス（[N II] λ6584/Hα）を用い、Spearman順位相関を用いてSFR-金属量トレンドを評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 星の吸収とダスト減光を補正した後、Hα、[O II] λ3727、赤外線、電波輝度から得られるSFRはどのように比較されるか？
• RQ2 星の吸収が補正されていない場合、BCGにおけるダスト減光およびSFR推定値にどのような影響を与えるか？
• RQ3 BCGにおける典型的なガス消費 timescale は何か？これは宇宙の年齢と比べてどうか？
• RQ4 星形成中のBCGにおいて、SFRと絶対等級Bバンド、銀河間減光、または金属量との間に相関があるか？
• RQ5 なぜ過去の研究ではBCGのSFR推定値が文脈によって著しくばらついているのか？

主な発見

• BCGの星形成率（SFR）は、約10⁻²から10² M⊙ yr⁻¹の範囲にわたり、中央値は約3 M⊙ yr⁻¹である。
• 星の吸収とダスト減光を補正した後、Hα、[O II] λ3727、赤外線、電波輝度から得られるSFR指標の間には強く相関する関係が確認された。
• BCGにおけるガス消費 timescale は約10億年であり、これは現在の星形成が宇宙論的スケールでは持続不可能であることを示している。
• 補正されていない星の吸収は、内在的な減光の過剰推定と、特に[O II] λ3727およびHαのSFR推定値における系統的誤差を引き起こす。
• 明るくない、質量が小さいBCGは、低いSFR、低い金属量、低いダスト減光を示しており、明るさと星形成活動との強い相関が確認された。
• SFRと金属量（12+log(O/H)）の間に正の相関があり、Spearman順位相関係数は0.67、線形回帰式は12+log(O/H) = 0.24 log(SFR) + 8.52 であった。