[論文レビュー] The H alpha Galaxy Survey. IV. Star formation in the local Universe

P. A. James, J. H. Knapen+3 more|ArXiv.org|Feb 29, 2008

Stellar, planetary, and galactic studies被引用数 27

ひとこと要約

本研究では、H𝛼銀河調査のH𝛼画像を用いて、局所宇宙（3000 km s⁻¹まで）のフィールド銀河における星形成の包括的分析を実施した。Bバンドの光度を星形成率へ補正し、327個の銀河のサンプルにモンテカルロシミュレーションを適用することで、星形成率密度は0.016–0.023 M⊙ yr⁻¹ Mpc⁻³であると判明した。そのうち75–80%は銀河中心からの距離が1 kpcを超えるディスク領域で発生しており、明るいスパイラル銀河（MB ≈ –20 mag）が星形成を支配している一方、かすみの銀河は全体の10%未満を占める。

ABSTRACT

We present an analysis of the star formation properties of field galaxies within the local volume out to a recession velocity limit of 3000 km/s. A parent sample of 863 star-forming galaxies is used to calculate a B-band luminosity function. This is then populated with star formation information from a subsample of 327 galaxies, for which we have H alpha imaging, firstly by calibrating a relationship between galaxy B-band luminosity and star formation rate, and secondly by a Monte Carlo simulation of a representative sample of galaxies, in which star formation information is randomly sampled from the observed subset. The total star formation rate density of the local Universe is found to be between 0.016 and 0.023 MSun/yr/cubic Mpc, with the uncertainties being dominated by the internal extinction correction used in converting measured H alpha fluxes to star formation rates. If our internally derived B-band luminosity function is replaced by one from the Sloan Digital Sky Survey blue sequence, the star formation rate densities are approx. 60% of the above values. We also calculate the contribution to the total star formation rate density from galaxies of different luminosities and Hubble T-types. The largest contribution comes from bright galaxies with B absolute mag of approx. -20 mag, and the total contribution from galaxies fainter than -15.5 mag is less than 10%. Almost 60% of the star formation rate density comes from galaxies of types Sb, Sbc or Sc; 9% from galaxies earlier than Sb and 33% from galaxies later than Sc. Finally, 75 - 80% of the total star formation in the local Universe is shown to be occurring in disk regions, defined as being >1 kpc from the centres of galaxies.

研究の動機と目的

• フィールド銀河の体積限定サンプルを用いて、局所宇宙における総星形成率密度（SFRD）を特定すること。
• 異なる光度およびハッブル型の銀河が、総SFRDにどの程度寄与しているかを評価すること。
• 銀河内部における星形成の空間的分布を、バルジとディスク領域に分けて定量すること。
• H𝛼銀河調査から得られたSFRD推定値を、異なる指標およびサンプルを用いた他の大規模調査の結果と比較すること。
• 明るさ、直径、および速度選別基準に起因するサンプルの不完全性を補正し、信頼性の高い統計的解析を可能にすること。

提案手法

• 親サンプルとして、UGCカタログから明るさ、直径、退避速度の限界（v < 3000 km s⁻¹）を満たす863個の星形成銀河を選別した。
• 親サンプルからBバンド光度関数を導出し、全銀河集団の分布をモデル化した。
• 327個の銀河のサブサンプルのH𝛼フレームを用いて、Bバンド光度と星形成率との間の補正関係を確立した。
• 観測されたサブサンプルから全親集団へ星形成率情報を外挿するため、モンテカルロシミュレーションを用い、統計的サンプリング誤差を考慮した。
• H𝛼フレームに内部減光補正を適用し、観測されたラインフレームを内在的な星形成率に変換した。
• 銀河を中心部（≤1 kpc）とディスク部（>1 kpc）に分割することで、空間的に解像された星形成の分析を行い、星形成が主にどこで発生しているかを評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 H𝛼銀河調査から導かれた局所宇宙における総星形成率密度は何か？ 他の文献の推定値と比較するとどうなるか？
• RQ2 どの銀河の光度およびハッブル型が、総星形成率密度に最も顕著に寄与しているか？
• RQ3 局所フィールド銀河における星形成の何パーセントが、銀河中心からの距離が1 kpcを超えるディスク領域で発生しているか（バルジ領域と比較）？
• RQ4 異なる減光補正仮定が、導かれた星形成率密度にどのように影響を与えるか？
• RQ5 内部で導出した光度関数の代わりに、外部の光度関数（例：SDSSの青系列光度関数）を用いた場合、SFRD推定値はどのように変化するか？

主な発見

• 局所宇宙における総星形成率密度は、0.016–0.023 M⊙ yr⁻¹ Mpc⁻³と推定された。不確実性の主な要因は内部減光補正に起因する。
• 内部で導出した光度関数の代わりにSDSSの青系列光度関数を用いた場合、SFRDは元の推定値の約60%に低下し、0.0130 M⊙ yr⁻¹ Mpc⁻³となる。
• MB ≈ –20 mag（L*スパイラル銀河）の銀河が、総SFRDに最も大きな寄与をしている。MB = –15.5 mag未満の銀河は10%未満にとどまる。
• 総SFRDのおよそ60%がハッブル型Sb、Sbc、またはScの銀河に起因し、33%が後続型（Scd以降）、9%が初期型（Saおよびそれ以前）に起因している。
• 局所宇宙における星形成の75%～80%が、銀河中心からの距離が1 kpcを超えるディスク領域で発生しており、星形成が中心バルジに集中しているわけではないことが示された。
• UV、H𝛼、および発光線調査を用いた他の最近の調査のSFRD推定値と一致しており、本研究の結果の信頼性が裏付けられている。