[論文レビュー] The MOSDEF Survey: Measurements of Balmer Decrements and the Dust Attenuation Curve at Redshifts z~1.4-2.6

Naveen A. Reddy, Mariska Kriek+8 more|arXiv (Cornell University)|Apr 10, 2015

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena被引用数 9

ひとこと要約

本研究は、MOSDEF調査による深紫外近赤外分光法を用いて、赤方偏移 z~1.4–2.6 の 224 個の星形成銀河におけるチリ吸収曲線を測定した。2500 Å より長い波長域では SMC 曲線と類似しており、Calzetti (2000) の星形成銀河曲線に比べて正規化が 20% 低いことが判明した。これにより、適用された際の星形成率（SFR）は 20% 低く、星の質量は 0.16 デキシタル・ディーグリー低くなる。高SFRでは、ネーブラー線が連続スペクトルに対してより強く吸収される傾向が見られた。

ABSTRACT

We present results on the dust attenuation curve of z~2 galaxies using early observations from the MOSFIRE Deep Evolution Field (MOSDEF) survey. Our sample consists of 224 star-forming galaxies with nebular spectroscopic redshifts in the range z= 1.36-2.59 and high S/N measurements of, or upper limits on, the H-alpha and H-beta emission lines obtained with Keck/MOSFIRE. We construct composite SEDs of galaxies in bins of specific SFR and Balmer optical depth in order to directly constrain the dust attenuation curve from the UV through near-IR for typical star-forming galaxies at high redshift. Our results imply an attenuation curve that is very similar to the SMC extinction curve at wavelengths redward of 2500 Angstroms. At shorter wavelengths, the shape of the curve is identical to that of the Calzetti relation, but with a lower normalization (R_V). Hence, the new attenuation curve results in SFRs that are ~20% lower, and log stellar masses that are 0.16 dex lower, than those obtained with the Calzetti attenuation curve. Moreover, we find that the difference in the reddening---and the total attenuation---of the ionized gas and stellar continuum correlates strongly with SFR, such that for dust-corrected SFRs larger than 20 Msun/yr assuming a Chabrier IMF, the nebular emission lines suffer an increasing degree of obscuration relative to the continuum. A simple model that can account for these trends is one in which the UV through optical stellar continuum is dominated by a population of less reddened stars, while the nebular line and bolometric luminosities become increasingly dominated by dustier stellar populations for galaxies with large SFRs, as a result of the increased dust enrichment that accompanies such galaxies. Consequently, UV- and SED-based SFRs may underestimate the total SFR at even modest levels of ~20 Msun/yr. [Abridged]

研究の動機と目的

• 多波長の光度測定と近赤外分光法を用いて、高赤方偏移星形成銀河におけるチリ吸収曲線を直接測定すること。
• 星の連続スペクトルとイオン化ガスの間で異なるチリ遮蔽が生じるため、UVとHαに基づく星形成率（SFR）推定値の不一致を解消すること。
• 特定星形成率（SFR/M*）およびバルマー光学的厚さに応じて、チリの性質と幾何学的性質がどのように変化するかを調査すること。
• より正確で実験的に制約された吸収曲線を用いることで、SEDに基づく星の質量とSFR推定値を改善すること。

提案手法

• 深紫外近赤外多波長光度測定を用いて、特定星形成率およびバルマー光学的厚さで分類した銀河の合成スペクトルエネルギー分布（SED）を構築した。
• MOSFIRE分光法によるHαおよびHβ発光線の高信噪比測定値を用いて、バルマー減衰とイオン化ガスのチリ赤化を導出した。
• 異なるバインの合成SED比をとることで、UVから近赤外波長域にわたり、直接的に形状と正規化を制約した吸収曲線を計算した。
• 標準テンプレート（例：Calzetti 2000、SMC）と比較することで、正規化および形状の差を評価した。
• イオン化ガスと星の連続スペクトルの間の色超過の差を定量化し、チリ遮蔽の差異を評価した。
• 新しい曲線を標準SEDフィッティング手順に適用することで、SFRおよび星の質量推定値に与える影響をモデル化した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 高赤方偏移星形成銀河（z~1.4–2.6）におけるチリ吸収曲線は、局所のテンプレート（例：Calzetti 2000、SMC）とどのように異なるか？
• RQ2 合成SEDから直接導かれた高赤方偏移銀河の吸収曲線の正規化と形状は何か？
• RQ3 ネーブラー発光線のチリ赤化は星の連続スペクトルと比べてどの程度異なるか？また、これはSFRに依存するか？
• RQ4 高赤方偏移銀河において、UVとHαに基づくSFRが、チリ遮蔽の差異によってどの程度乖離するか？
• RQ5 修正された吸収曲線が、高赤方偏移銀河研究における星の質量とSFR推定値に与える影響は何か？

主な発見

• 2500 Å より長い波長域では、吸収曲線の形状と正規化が、小マゼラン雲（SMC）の消光曲線と非常に類似している。
• 2500 Å より短い波長域では、曲線の形状は Calzetti et al. (2000) の星形成銀河吸収曲線と同じであるが、Δk(λ) における正規化が 1.63 倍低いことから、赤化単位あたりの吸収が小さい。
• 新しい吸収曲線を適用すると、Calzetti (2000) 曲線を用いた場合に比べてSFR推定値が約 20% 低くなる。
• 新しい曲線を用いて導かれた星の質量は、Calzetti (2000) 曲線を用いた場合に比べて Δlog(M*/M☉) ≈ 0.16 デキシタル・ディーグリー低くなる。
• 2175 Å 付近に過剰吸収の兆候がわずかに見られ、チリ粒子の性質にばらつきがある可能性を示唆している。
• イオン化ガスと星の連続スペクトルの間の赤化差はSFRとともに増加し、SFR > 20 M☉ yr⁻¹ の場合、ネーブラー線がUV連続スペクトルに対してますます強く遮蔽されるようになる。