[論文レビュー] The 12um ISO-ESO-Sculptor and 24um Spitzer faint counts reveal a population of ULIRG/AGN/dusty massive ellipticals Evolution by types and cosmic star formation

B. Rocca‐Volmerange, V. de Lapparent+2 more|arXiv (Cornell University)|May 14, 2007

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 1被引用数 8

ひとこと要約

本論文は、質量の大きな楕円銀河のわずか9%が、強力なダスト放射を示す超高光度赤外銀河（ULIRG）に進化すると提案している。このメカニズムにより、ISOおよびスパイクァーの12 μmおよび24 μmの銀河数密度の過剰が説明され、PÉGASE.3モデルに基づくこのシナリオは、中赤外域の数密度と光学的微弱な数密度の両方を、追加の星形成バーストを必要とせず、高赤方偏移における巨大楕円銀河の前身と結びつける。

ABSTRACT

Multi-wavelength galaxy number counts provide clues on the nature of galaxy evolution. The interpretation per galaxy type with the new code PEGASE.3 of the 12mu (ISO) and 24mu (Spitzer) faint galaxy counts provide new constraints on the dust and stellar emission. It also reveals the nature of ULIRGs (L/Lsun > 10^12) and informs on the cosmic star formation history and the time-scales for mass build-up. We firstly present the faint galaxy counts at 12um derived from the catalogue of the ISO-ESO-Sculptor Survey (ISO-ESS) in a companion paper (Seymour et al. 2007) which go down to 0.24 mJy after corrections for incompleteness. We check that they are consistent with ISO number counts at 15um. Secondly we show that the ``normal'' scenarios which fit the deep UV-optical-near-IR counts with PEGASE.2 (Fioc et al. 1999), are unsuccessful in modelling the strong excess simultaneously observed in the cumulative and differential counts at 12um, 15um and 24um. Based on observed 12mu and 25mu IRAS luminosity functions and optical/mid-IR colors, we finally succeed in modelling cumulative and differential counts by only changing 9% of normal galaxies (1/3 of the ellipticals) into ultra-bright dusty elliptical galaxies, interpreted as ULIRGs. This ULIRG population has similarities with high-z radio-galaxy hosts. No number density evolution is included. The Herschel observatory will hopefully confirm these results.

研究の動機と目的

• ISOおよびスパイクァーの調査から得られた12 μmおよび24 μmの銀河数密度の過剰を、一貫性のある進化モデルを用いて解釈すること。
• 特に微弱な放射度レベルにおける中赤外域過剰の主因となる銀河集団を特定すること。
• 標準的な銀河進化シナリオが紫外線から中赤外域までの全波長範囲で観測された数密度を再現できるかどうかを検証すること。
• 過剰が希少で明るい集団に起因するのか、それとも改変された光度を伴う標準的な進化過程に起因するのかを特定すること。
• 多波長の数密度を用いて、宇宙における星形成歴および質量構築 timescale を制約すること。

提案手法

• ISO-ESO-Sculptor調査（ISO-ESS）の12 μmデータを不完全性補正して用い、0.24 mJyまで到達する累積的および微分的数密度を導出。
• 波長補正を施した後、15 μmのISOの既存の数密度と比較し、0.3 mJyで一貫性と過剰が確認された。
• PÉGASE.3進化コードを用いてスペクトルエネルギー分布をモデル化し、銀河タイプにわたるダスト放射、星形成、金属増加、減光を含めた。
• すべての楕円銀河のうち1/3に相当する9%の楕円銀河の12 μm光度を、観測された数密度に一致させるために超高光度でダストに満ちたULIRGに類似したレベルまで引き上げた。
• UV-光学-近赤外域の微弱な数密度（B > 29まで）に対してモデルをテストし、HDF-Nなどの光学調査と整合することを確認。
• AGNおよび星形成バーストの寄与の影響を評価し、埋め込まれたAGNや一時的なバーストを必要とせず、数密度が説明可能であると結論した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ISOおよびスパイクァーの12 μmおよび24 μmの銀河数密度の過剰を説明する銀河集団は何か？
• RQ2 星形成とダスト放射を含む標準的な銀河進化シナリオが、新たな成分を導入することなく中赤外域の数密度を再現できるか？
• RQ3 12 μmおよび24 μmの観測数密度に一致させるために、質量の大きな楕円銀河の何パーセントがULIRGに進化する必要があるか？
• RQ4 中赤外域の過剰は、数密度の進化に起因するのか、それともわずかで高ダスト量の集団の光度進化によって説明できるのか？
• RQ5 推定されたULIRGの性質は、高赤方偏移の電波銀河および巨大楕円銀河の前身とどのように一致するか？

主な発見

• 不完全性補正を施した12 μmのISO-ESS数密度は、0.3 mJyで顕著な過剰を示し、他のISOおよびスパイクァーの調査と整合的である。
• 12 μmおよび24 μmの両方の数密度の過剰は、楕円銀河の9%の12 μm光度を約2.5マグニチュード（24 μmでは最大5マグニチュード）引き上げることで同時に説明可能であり、他の銀河タイプの変更は不要である。
• これらの改変された銀河は、高ダスト質量、高赤外光度、通常の楕円銀河と類似した光学的外観を示し、ULIRGに類似した特徴を示す。
• モデルは12 μm、15 μm（ISO）、24 μm（スパイクァー）の累積的および微分的数密度を両方ともよく適合させ、波長にわたる頑健性を確認した。
• 追加の星形成バーストや数密度進化は不要であり、過剰はわずかで高ダスト量の楕円銀河集団の光度進化によってのみ説明可能である。
• 結果は、高赤方偏移（z > 5）における急速で散逸的崩壊または合体駆動の進化が成立しており、ULIRGが巨大楕円銀河の前身であると支持する。これは、遠方電波銀河のK-z図の傾向とも整合的である。