[論文レビュー] VLT-VIMOS integral field spectroscopy of luminous and ultraluminous infrared galaxies III: the atlas of the stellar and ionized gas distribution

J. Rodríguez Zaurín, Santiago Arribas+4 more|arXiv (Cornell University)|Sep 1, 2010

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 87被引用数 37

ひとこと要約

本研究では、38個の局所的明るいおよび超明るい赤外銀河（LIRGs/ULIRGs）の統合フィールドスペクトロスコピー（IFS）データのアトラスを提示する。VLT-VIMOSを用いて、星間連続スペクトル、H𝛼線発光、およびH𝛼等価幅をマッピングした。その結果、電離ガス発光は星間連続スペクトルよりも顕著に拡張されており、中心部に集中していることが判明した。中心2 kpcよりも外側に62%のH𝛼発光が存在し、また、ダストの赤み補正を行った後でも、H𝛼に基づく星形成率（SFR）は赤外線輝度に基づくSFRを系統的に低く見積もっていることが分かった。

ABSTRACT

LIRGs and ULIRGs are much more numerous at higher redshifts than locally, dominating the star-formation rate density at redshifts ~1 - 2. Therefore, they are important objects in order to understand how galaxies form and evolve through cosmic time. We aim to characterize the morphologies of the stellar continuum and the ionized gas (H_alpha) emissions from local sources, and investigate how they relate with the dynamical status and IR-luminosity of the sources. We use optical (5250 -- 7450 Å) integral field spectroscopic (IFS) data for a sample of 38 sources, taken with the VIMOS instrument, on the VLT. We present an atlas of IFS images of continuum emission, H_alpha emission, and H_alpha equivalent widths for the sample. The H_alpha images frequently reveal extended structures that are not visible in the continuum, such as HII regions in spiral arms, tidal tails, rings, of up to few kpc from the nuclear regions. The morphologies of the continuum and H_alpha images are studied on the basis of the C_{2kpc} parameter, which measures the concentration of the emission within the central 2 kpc. The C_{2kpc} values found for the H_alpha images are higher than those of the continuum for the majority (85%) of the objects in our sample. On the other hand, most of the objects in our sample (~62%) have more than half of their H_alpha emission outside the central 2 kpc. No clear trends are found between the values of C_{2kpc} and the IR-luminosity of the sources. On the other hand, our results suggest that the star formation in advance mergers and early-stage interactions is more concentrated than in isolated objects. We compared the H_alpha and infrared emissions as tracers of the star-formation activity. We find that the star-formation rates derived using the H_alpha luminosities generally underpredict those derived using the IR luminosities, even after accounting for reddening effects.

研究の動機と目的

• 高分解能の統合フィールドスぺクトロスコピーを用いて、局所的LIRGsおよびULIRGsにおける星間連続スペクトルと電離ガス（H𝛼）の形態的構造を特徴づけること。
• これらの銀河の力学的状態および赤外線輝度と、電離ガスと星間連続スペクトルの空間的分布との相関関係を調査すること。
• ダストの吸収補正を施した後でも、H𝛼が星形成率（SFR）のトレーサーとしてどれほど信頼できるかを、赤外線輝度と比較して評価すること。
• 将来の多波長および運動論的調査を支援するため、代表的な局所的（U）LIRGsのIFSデータの包括的かつ公開可能なアトラスを提供すること。

提案手法

• VLTのVIMOS機器を用いて、38個の局所的LIRGsおよびULIRGsに対して、5250–7450 Åの波長域をカバーする光学的統合フィールドスぺクトロスコピー（IFS）データを取得した。
• IFSデータキューブから、星間連続スペクトル、H𝛼発光線の線輝度、およびH𝛼等価幅（EW）の空間的分解能を持つマップを生成した。
• C2kpc濃度パラメータを定義した。これは、2 kpcの開口部内のフラックスを同じ物理的スケールにおける全フラックスで割った比であり、発光の集中度を定量化するために用いた。
• 各源について、H𝛼と星間連続スペクトルのピークの空間的分布を比較し、それらの投影距離を測定した。
• Balmer減衰を用いてダストの赤み補正を施したH𝛼輝度から星形成率（SFR）を計算するとともに、中赤外線（MFIR）輝度からもSFRを計算した。
• 形態的段階（0–2）で分類し、力学的状態ごとにC2kpc値およびSFR指標を比較した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 局所的LIRGsおよびULIRGsにおいて、H𝛼発光と星間連続スペクトルの形態はどのように異なるか？
• RQ2 (U)LIRGsにおける電離ガス発光は、中心2 kpcにどれほど集中しているか。また、星間連続スペクトルの分布と比べてどうか？
• RQ3 H𝛼発光の濃度（C2kpc）と源の赤外線輝度との間に相関があるか？
• RQ4 これらの高赤外線遮蔽系において、ダストの赤み補正を施した後でも、H𝛼に基づくSFRはIRに基づくSFRとどのように異なるか？

主な発見

• H𝛼発光の形態は星間連続スペクトルとは著しく異なり、核から数kpc離れた場所にまで延びる潮汐尾、リング、ブリッジといった拡張構造が明らかになったが、連続スペクトルでは観測されない。
• サンプルの85%において、C2kpcパラメータで測定したところ、H𝛼発光は星間連続スペクトルよりも中心2 kpc内に強く集中していた。
• 62%の源で、吸収補正を行わないH𝛼発光の半分以上が中心2 kpcよりも外側に存在しており、顕著な拡張した星形成が示唆された。
• C2kpcと赤外線輝度との間に明確な相関は認められず、これはダストの集中と星形成の閉じ込めの両方の効果が競合しているためと推測された。
• 進化した合体銀河および初期段階の相互作用系では、孤立系よりも星形成がより集中しているが、この傾向を確認するにはより大きなサンプルが必要である。
• ダストの赤み補正を施した後でも、H𝛼から導かれるSFRは、IRから導かれるSFRを系統的に低く見積もっており、高赤外線遮蔽の（U）LIRGsではH𝛼がSFRトレーサーとして信頼性が低いことが示唆された。