[論文レビュー] The Herschel Exploitation of Local Galaxy Andromeda (HELGA) VII: A SKIRT radiative transfer model and insights on dust heating

S. Viaene, M. Baes+18 more|arXiv (Cornell University)|Sep 27, 2016

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 143被引用数 31

ひとこと要約

本研究では、M31の3次元放射移動モデルをSKIRTコードを用いて構築し、星族によるダスト加熱をシミュレートした。その結果、進化した星がダスト加熱の91%を占めることを明らかにした。これは、赤外線放射と若年星を直接結びつける仮定に疑問を呈するものであり、sSFR/NUV−rが銀河全体におけるダスト加熱割合を示す有望なトレーサーであることが示された。

ABSTRACT

The radiation of stars heats dust grains in the diffuse interstellar medium and in star-forming regions in galaxies. Modelling this interaction provides information on dust in galaxies, a vital ingredient for their evolution. It is not straightforward to identify the stellar populations heating the dust, and to link attenuation to emission on a sub-galactic scale. Radiative transfer models are able to simulate this dust-starlight interaction in a realistic, three-dimensional setting. We investigate the dust heating mechanisms on a local and global galactic scale, using the Andromeda galaxy (M31) as our laboratory. We perform a series of panchromatic radiative transfer simulations of Andromeda with our code SKIRT. The high inclination angle of M31 complicates the 3D modelling and causes projection effects. However, the observed morphology and flux density are reproduced fairly well from UV to sub-millimeter wavelengths. Our model reveals a realistic attenuation curve, compatible with previous, observational estimates. We find that the dust in M31 is mainly (91 % of the absorbed luminosity) heated by the evolved stellar populations. The bright bulge produces a strong radiation field and induces non-local heating up to the main star-forming ring at 10 kpc. The relative contribution of unevolved stellar populations to the dust heating varies strongly with wavelength and with galactocentric distance.The dust heating fraction of unevolved stellar populations correlates strongly with NUV-r colour and specific star formation rate. These two related parameters are promising probes for the dust heating sources at a local scale.

研究の動機と目的

• エラスチェル宇宙望遠鏡の複数波長観測に基づき、M31の詳細な3次元放射移動モデルを構築すること。
• 解像度の高い、やや傾いたスパイラル銀河における、進化した星族と若年星族のダスト加熱への寄与割合を調査すること。
• 局所スケールでのダスト加熱割合を推定するための2次元観測トレーサー（sSFRおよびNUV−r色）の信頼性を評価すること。
• 幾何的要因、ダスト粒子の性質、星形成領域のサブグリッド処理による、再投影されたモデルの限界を評価すること。

提案手法

• SKIRT放射移動コードを用いて、M31における3次元ダスト再放射および星の放射場をシミュレートした。
• 星とダストのための明確な成分を有するパラメトリック3次元幾何構造（薄いディスク、厚いディスク、球状バルジ）を採用した。
• 遠紫外からミリ波までの中間波長域における観測されたスペクトルエネルギー分布（SED）と形状からモデルをキャリブレーションした。
• ダスト質量、若年星族の全放射出力、および内部のイオン化放射出力といった自由パラメータを制約した。
• 異なる星族によるダスト加熱への寄与を定量化するために、放射場の3次元解析を実施した。
• 複数バンドにおけるモデル出力と観測値の比較を通じて、中央絶対偏差を用いてずれを定量化した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 M31の銀河間物質における、進化した星族と若年星族のダスト加熱への相対的寄与はいかほどか？
• RQ2 sSFRやNUV−r色といった2次元観測トレーサーが、銀河内での真のダスト加熱割合を信頼性高くトレースできるか、その程度は？
• RQ3 幾何的効果、ダスト粒子の性質、星形成領域の解像度が、再投影された放射移動モデルの正確性に与える影響は？
• RQ4 自由パラメータを最小限に抑えた3次元放射移動モデルで、M31の観測されたSEDおよび形状構造を一貫して再現可能か？

主な発見

• モデルはM31の観測SEDをよく再現しており、標準テンプレートと比較して、導出された減光曲線に広がりのあるUVバンプを示した。
• 全バンドにおけるモデルと観測値の中央絶対偏差は22%であり、星形成リング領域では系atically低く、リング間領域では過大評価されていた。
• 進化した星族は、全吸収星放射の91%を占め、主に明るいバルジが10 kpcまで放射場を支配しているためである。
• 若年星族は、大多数の領域で10–30%の放射場寄与を示し、主な星形成リング内および周辺で増加した。
• sSFRおよびNUV−r色は、M31およびM51の全域でダスト加熱割合と滑らかで連続的な関係を示しており、一般トレーサーとしての可能性を示唆した。
• 非局所的加熱および3次元幾何構造は、2次元解析を著しく複雑化させ、赤外線放射と若年星族の直接的関連性を損なうものであった。