[論文レビュー] The dust distribution in edge-on galaxies. Radiative transfer fits of V and K'-band images

S. Bianchi|ArXiv.org|May 10, 2007

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 36被引用数 57

ひとこと要約

本研究では、散乱を含む放射平衡輸送モデルを用いて、7つの縁面銀河のVバンドおよびK′バンド画像を分析し、ほこりの円盤が星の円盤よりも径方向に広がっており（h_d/h_s ≈ 1.5）、垂直方向にはより薄く（z_d/z_s ≈ 1/3）なっていることが判明した。また、面からの光学的厚さτ₀ ≈ 0.5–1.5であり、これは面から見たときにほぼ透明であることを示している。K′バンドでは、サブミリ波長のほこり放射を説明するために以前に提案された第二の質量的で薄いほこり円盤の証拠は得られなかった。これは、代わりに、増強された発光効率を持つ塊状または光学的に厚いほこりの雲がサブミリ波長の放射をもたらしている可能性を示唆している。

ABSTRACT

Aims: I have analyzed a sample of seven nearby edge-on galaxies observed in the V and K'-band, in order to infer the properties of the dust distribution. Methods: A radiative transfer model, including scattering, have been used to decompose each image into a stellar disk, a bulge, and a dust disk. The parameters describing the distributions have been obtained through standard X^2 minimization techniques. Results: The dust disks fitted to the V-band images are consistent with previous work in literature: the radial scalelength of dust is larger than that for stars (h_d/h_s ~ 1.5); the dust disk has a smaller vertical scalelength than the stellar (z_d/z_s ~ 1/3); the dust disk is almost transparent when seen face-on (central, face-on, optical depth tau_0 =0.5-1.5). Faster radiative transfer models which neglect scattering can produce equivalent fits, with changes in the derived parameters within the accuracy of full fits including scattering. In the K'-band, no trace is found of a second, massive, dust disk which has been invoked to explain observations of dust emission in the submillimeter. I discuss the model degeneracies and the effect of complex structures on the fitted distributions. In particular, most bulges in the sample show a box/peanuts morphology with large residuals; two lower-inclination galaxies show a dust ring distribution, which could be the cause for the large fitted dust scalelengths.

研究の動機と目的

• 多バンド画像と放射平衡輸送モデルを用いて、縁面銀河における3次元的ほこり分布を特定すること。
• 以前にサブミリ波長放射を説明するために導入された第二の質量的で薄いほこり円盤が、近赤外（K′バンド）観測で検出可能かどうかを検証すること。
• 構造的複雑性（例：ボックス/ペナントバルク、ほこりリング）が放射平衡輸送フィッティング結果に与える影響を評価すること。
• 散乱を含むモデルと散乱を無視するモデルを比較し、散乱効果が導かれるほこりパラメータに顕著な影響を与えるかどうかを評価すること。

提案手法

• VバンドおよびK′バンド画像に、散乱と吸収を含む3次元放射平衡輸送モデルを適用した。
• モデルは各銀河画像を3つの成分に分解した：星の円盤、球状バルク、ほこり円盤。各成分は径方向および垂直方向に指数関数的分布をとった。
• 観測された表面輝度プロファイルに一致させるために、カイ二乗最小化法によりパラメータ（スケール長、スケール高さ、光学的厚さ）を推定した。
• 散乱を含むモデルと含まないモデルを比較し、散乱の影響がフィッティングパラメータに与える影響を評価した。
• 高解像度で深さのあるK′バンド画像を用いて、第二のより薄いほこり円盤の兆候を検出するフィッティングを実施した。
• モデルのデグレダシーおよび複雑構造（例：ほこりリング、ボックス/ペナントバルク）の影響を体系的に評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 サブミリ波長のほこり放射を説明するために以前に提案された第二の薄く質量の大きなほこり円盤は、縁面銀河のK′バンド画像で検出可能か？
• RQ2 縁面銀河におけるほこり円盤の径方向および垂直方向スケール長は、星の円盤と比べてどの程度か？
• RQ3 ボックス/ペナントバルクやほこりリングなどの構造的複雑性が、導かれたほこり円盤パラメータにどの程度の影響を与えるか？
• RQ4 放射平衡輸送モデルに散乱を含めると、散乱を無視するモデルと比較して、フィッティングされたほこりパラメータが顕著に変化するか？
• RQ5 吸収された星の放射と再放射される赤外線のエネルギー収支の不足は、追加のほこり円盤ではなく、ほこりの塊状性または発光効率の増大によって説明可能か？

主な発見

• Vバンドにおけるほこり円盤の径方向スケール長は、星の円盤の約1.5倍である（h_d/h_s ≈ 1.5）。これは、径方向に広がった分布を示している。
• ほこり円盤は星の円盤よりも垂直方向に薄く、垂直スケール高さ比は約1/3である（z_d/z_s ≈ 1/3）。
• ほこり円盤の面からの光学的厚さは低く、τ₀ ≈ 0.5–1.5であり、これは面から見たときにほぼ透明であることを確認している。
• K′バンドでは、第二の薄く質量の大きなほこり円盤の証拠は得られなかった。これは、サブミリ波長放射を説明するために以前に導入されたこの成分の存在を否定するものである。
• ボックス/ペナントバルクは、1つの銀河を除きすべての銀河で検出され、顕著な残差を引き起こし、ほこり円盤のパラメータ推定値にバイアスを及える可能性がある。
• 2つの低傾斜角銀河に見られるほこりリング構造は、円盤の中心からずれた吸収ピークを持つため、不自然に大きなフィットされたほこりスケール長を説明できる可能性がある。