[論文レビュー] Strong PAH Emission from z~2 ULIRGs

Vandana Desai, B. T. Soifer+16 more|arXiv (Cornell University)|May 26, 2009

Astrophysics and Star Formation Studies被引用数 32

ひとこと要約

本研究では、スパイitzer IRS分光法を用いて、z≈2 の高赤方偏移 ULIRG のうち 23 つのうち 20 つが強力な多環芳香族炭化水素（PAH）放射を示すことを示した。これは、活発な星形成を示している。赤方偏移ピークが z≈1.9 に狭く集中しているのは、7.7 μm の PAH 特徴が 24 μm フラックスを増幅させることに起因し、1.6 μm の星のピークが z≈2 の遮蔽された星形成爆発銀河を効率的に選別する手法であることを確認した。推定される星形成率は 1000–8500 M⊙ yr⁻¹ である。

ABSTRACT

Using the Infrared Spectrograph on board the Spitzer Space Telescope, we present low-resolution (64 < lambda / dlambda < 124), mid-infrared (20-38 micron) spectra of 23 high-redshift ULIRGs detected in the Bootes field of the NOAO Deep Wide-Field Survey. All of the sources were selected to have 1) fnu(24 micron) > 0.5 mJy; 2) R-[24] > 14 Vega mag; and 3) a prominent rest-frame 1.6 micron stellar photospheric feature redshifted into Spitzer's 3-8 micron IRAC bands. Of these, 20 show emission from polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs), usually interpreted as signatures of star formation. The PAH features indicate redshifts in the range 1.5 < z < 3.0, with a mean of =1.96 and a dispersion of 0.30. Based on local templates, these sources have extremely large infrared luminosities, comparable to that of submillimeter galaxies. Our results confirm previous indications that the rest-frame 1.6 micron stellar bump can be efficiently used to select highly obscured starforming galaxies at z~2, and that the fraction of starburst-dominated ULIRGs increases to faint 24 micron flux densities. Using local templates, we find that the observed narrow redshift distribution is due to the fact that the 24 micron detectability of PAH-rich sources peaks sharply at z = 1.9. We can analogously explain the broader redshift distribution of Spitzer-detected AGN-dominated ULIRGs based on the shapes of their SEDs. Finally, we conclude that z~2 sources with a detectable 1.6 micron stellar opacity feature lack sufficient AGN emission to veil the 7.7 micron PAH band.

研究の動機と目的

• 1.6 μm の星の光度的特徴を用いて選別された高赤方偏移・ダスト遮蔽型 ULIRG における主なエネルギー源（星形成対 AGN）を特定すること。
• 1.6 μm の星の光度的特徴が、z≈2 における星形成銀河を効率的に選別できるかどうかを検証すること。
• 局所的 SED テンプレートを用いて、これらの源の観測された狭い赤方偏移分布を説明すること。
• z≈2 における PAH 放射を示す ULIRG の星形成率と赤外線全放射出力の定量的評価。
• 高赤方偏移のダスト被覆銀河における AGN 活動と PAH 特徴の検出可能性の関係の調査。

提案手法

• 23 つの高赤方偏移 ULIRG に対して、スパイザー赤外分光計（IRS）を用いて低分解能の中赤外分光法（20–38 μm）を取得した。
• 24 μm フラックス >0.5 mJy、R–[24] >14 mag、および IRAC バンドにおける赤方偏移した 1.6 μm 星のピークに基づいて源を選別した。
• 7.7 μm および 11.3 μm の PAH 放射特徴を用いて赤方偏移を決定し、星形成の支配的性を評価した。
• 局所的 SED テンプレートを用いて赤外線全放射出力を推定し、星形成率を算出した。
• 赤方偏移分布をモデル化するため、7.7 μm の PAH 特徴および 9.7 μm のケイ酸塩吸収特徴が 24 μm フラックスに与える影響をシミュレーションした。
• AGN 支配のパワーロー SED および X 線データとの比較により、PAH 放射源における AGN の寄与が小さいことが確認された。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 1.6 μm の赤方偏移した星の光度的特徴を用いて選別された高赤方偏移 ULIRG は、星形成を示す強力な PAH 放射を示すか？
• RQ2 これらの源の赤方偏移分布がなぜ z≈1.9 に狭く集中しているのか？
• RQ3 これらの源における赤外線全放射出力への星形成と AGN の寄与比はそれぞれどの程度か？
• RQ4 高赤方偏移のダスト被覆銀河において、PAH 特徴の検出可能性は AGN 活動とどのように相関するか？
• RQ5 推定される星形成率は、局所的テンプレートと整合的か、それとも高赤方偏移における星形成則の進化が極めて高い放射出力を説明できるか？

主な発見

• 23 つの ULIRG のうち 20 個（87%）が強い PAH 放射を示し、1.6 μm の星のピークが z≈2 における星形成銀河の効率的選別法であることが確認された。
• サンプルの平均赤方偏移は ⟨z⟩=1.96、標準偏差は 0.30 であり、狭い分布が z≈1.9 にピークを示すのは 7.7 μm の PAH 特徴が 24 μm フラックスを増幅させるためである。
• 推定される赤外線全放射出力は (6–50)×10¹² L⊙ の範囲にあり、星形成によって駆動されていると仮定すれば、星形成率は 1000–8500 M⊙ yr⁻¹ に相当する。
• PAH を豊富に含む源は、24 μm フラックス密度が小さい場合に多く見られ、星形成爆発型 ULIRG が 24 μm の源関数の明るさの低い部分を占めていることを示している。
• 強い AGN が存在しないことは、2.5 μm の過剰放射が認められず、強い AGN によって破壊されるはずの 7.7 μm の PAH 特徴が保持されていることからも裏付けられた。
• AGN 支配の ULIRG の赤方偏移分布も同様に、24 μm フラックスを抑制する 9.7 μm のケイ酸塩吸収特徴によって形作られており、z≈1.5 でピークを示す。