[論文レビュー] Using Spitzer to probe the nature of submillimetre galaxies in GOODS-N

Alexandra Pope, D. Scott+5 more|arXiv (Cornell University)|Mar 15, 2006

Astronomy and Astrophysical Research被引用数 3

ひとこと要約

本研究では、深さのあるスパitzer IRACおよびMIPS光度測定と再処理済みVLA電波データを組み合わせることで、GOODS-N領域のサブミリメートル銀河の94％を同定し、それらのスペクトルエネルギー分布（SED）が、ローカルULIRGよりも長波長（100 μm、T ≈ 30 K）でピークを示すことを明らかにした。これは、標準的なローカルULIRGテンプレートを用いた場合、赤外線全放射光度（L_IR）が系atically overestimated（過大評価）されることを示唆している。結果は、高赤方偏移およびローカルの両方の調査において強い選択効果が存在することを強調しており、9.7 μmケイ酸塩特徴による中赤外線領域の減光が24 μmの放射度を低下させ、Spitzer色からモデルに依存しない赤方偏移推定が可能になることを示している。

ABSTRACT

How does the submm galaxy population detected by SCUBA fit into galaxy evolution? How do these rare starbursting systems, which contribute significantly to high redshift star-formation, relate to other galaxy populations? Deep radio observations have been most useful for studying these systems, but still leave a significant fraction of the population unidentified. Now with the deep IRAC and MIPS images from the GOODS Spitzer Legacy program and a re-analysis of the deep radio data, we are able to identify counterparts for a large fraction of SCUBA galaxies in GOODS-N. All of these counterparts are detected by Spitzer. Given the vast multi-wavelength data in this field, we can study the spectral energy distributions (SEDs) of these systems and determine what is fueling their intense infrared luminosities. A rest-frame composite optical-to-radio SED for all spectroscopically identified submm sources shows that the average SCUBA galaxy is consistent with models of ultraluminous starburst galaxies, although cooler than those observed locally. Because of this, the submm flux alone consistently overestimates IR when using spectral templates which obey the local ULIRG temperature-luminosity relation. The wide range of 24/850 micron flux ratios as a function of redshift indicates the presence of strong mid-IR features, to be confirmed with deep IRS spectroscopy. The IRAC colours of the submm systems provide useful redshift constraints, since, at these redshifts, IRAC samples the stellar bump. The Spitzer photometry of this large sample of submm galaxies has allowed us to put constraints on many of the outstanding issues in submm astronomy.

研究の動機と目的

• 高赤方偏移銀河形成の主要寄与者であるが、明るさが低く、多波長対応源が限られるため、未だに理解が不十分なGOODS-N領域のサブミリメートル銀河（SMGs）の性質を解明すること。
• 固定された温度-全放射光度関係を仮定するローカルULIRGテンプレートを用いる場合、SMGsにおける赤外線全放射光度（L_IR）が系的に過大評価されるという問題を解決すること。
• 深さのあるSpitzerおよび電波データを用いて、ローカルおよび高赤方偏移調査における選択バイアスを克服し、高赤方偏移SMGsの真のSED形状とチルダー温度を特定すること。
• 赤方偏移z ≈ 1.5におけるレストフレーム星形成ピークをカバーするSpitzer光度測定を用いて、モデルに依存しない赤方偏移推定を行うこと。

提案手法

• GOODSレガシープログラムから得た深さのあるSpitzer IRAC（3.6–8.0 μm）およびMIPS（24–160 μm）画像を用い、GOODS-N領域の35個のSCUBA 850 μm源の対応源を同定した。
• VLA 1.4 GHz電波データを再処理し、源の局所化を向上させ、関連付けを確認した。その結果、33/35（94％）の源で対応源が同定された。
• スペクトロスコピックに確認されたSMGsの合成レストフレームSEDを、24 μm、850 μm、および1.4 GHzのフラックスを用いて構築した。これに、修正されたChary & Elbaz（2001）テンプレートにDraine（2003）のチルダー減光を組み合わせた。
• 最良のフィットテンプレートを用いて、8–1000 μmの波長域で積分することで赤外線全放射光度（L_IR）を計算し、850 μmのみの測定値と多波長データ（24 μm、850 μm、1.4 GHz）を用いた推定値を比較した。
• IRAC色を用いて赤方偏移を制約し、赤方偏移z ≈ 1.5で星形成ピークがIRACバンドに移行する明確な遷移が観測された。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 高赤方偏移サブミリメートル銀河のスペクトルエネルギー分布（SED）は、ローカルULIRGとどのように異なり、これにより光度推定にどのような意味を持つのか？
• RQ2 標準的なローカルULIRGテンプレートを用いる場合、850 μmのフラックスのみを用いることで、赤外線全放射光度（L_IR）がどの程度過大評価されるのか？
• RQ3 特に9.7 μmケイ酸塩特徴による中赤外線領域の減光が、SMGsの24 μmフラックスに及ぼす影響は何か？
• RQ4 Spitzer光度測定のみで、SMGsの信頼できる、モデルに依存しない赤方偏移推定が可能か？

主な発見

• GOODS-N領域の850 μmサブミリメートル銀河の94％が、Spitzerおよび電波データを用いて確実な対応源として同定され、すべての対応源がIRACおよびMIPSで検出された。
• スペクトロスコピックに確認されたSMGsの合成SEDは、約100 μm（T ≈ 30 K）でピークを示し、ローカルULIRGテンプレート（ピークが約85 μm、T ≈ 34 K）よりも顕著に長波長にずれていることから、冷却されたチルダー温度を示している。
• 24 μmから850 μmへのフラックス比は、ローカルULIRGテンプレートが予測する値よりも顕著に低く、9.7 μmケイ酸塩特徴による減光が中赤外線フラックスを大きく低下させている可能性を示唆している。
• 固定された温度-全放射光度関係を仮定するローカルULIRGテンプレートを用いる場合、850 μmフラックスのみに依存すると、特に低全放射光度・低赤方偏移のSMGsにおいてL_IRが一貫して過大評価される。
• サンプルの中央値L_IR(8–1000 μm)は6.0 × 10¹² L☉であり、星形成率は1100 M☉ yr⁻¹に相当し、極めて活発な星形成活動を示している。
• IRAC色はモデルに依存しない赤方偏移制約を提供し、赤方偏移z ≈ 1.5で星形成ピークがレストフレームIRACバンドに進入する明確な遷移が観測された。