[논문 리뷰] Continuum spectral energy distribution of GRB, SLSN, SB and AGN host galaxies at intermediate redshifts

M. Contini|arXiv (Cornell University)|2018. 01. 10.

Gamma-ray bursts and supernovae참고 문헌 2인용 수 4

한 줄 요약

이 연구는 중간 적색이동에서의 초신성 폭발, 초초신성, 블라즈아르, 활성은하핵의 주변 은하의 연속 스펙트럼 에너지 분포(Spectral Energy Distributions, SEDs)를 기저로, 관측된 선 스펙트럼을 생성하는 동일한 이온화된 먼지가 있는 구름에 기반해 기체 방출(Bremsstrahlung)과 먼지 재처리를 연결하여 모델링한다. 결과적으로, 오래된 별 집단(T_bb ~ 3000–8000 K)이 NIR-광학 SED를 지배하며, 은폐된 GRB 주변 은하의 먼지 대 기체 비율(d/g)은 <0.0001에서 0.03 사이이며, 적색이동과 함께 증가하고 별 형성률(SFR) 경향과 상관관계를 보인다.

ABSTRACT

Continuum SED models of gamma-ray burst (GRB) and obscured GRB host galaxies at moderately high redshifts are presented and compared with those of superluminous supernovae (SLSN), starburst (SB) and active galactic nuclei (AGN). We consider that continuum radiation (bremsstrahlung) is emitted from the same clouds which emit the line spectrum in each object. Therefore, we have selected from the samples of the GRB host continuum observations those that were previously modelled on the basis of the line spectra, because modelling the continuum SED is less constraining. The bremsstrahlung is generally recognised in the radio and in the UV-X-ray frequency ranges, while dust reradiation peaks in the IR. To reproduce the continuum SED of most of the GRB, SLSN, SB and AGN in the near-IR-optical range, the contribution of an old star background population is needed. This radiation can be reproduced by a black body (bb) corresponding to temperatures T_{bb} =3000-8000 K. The best fit of a few host SEDs includes also the direct contribution of the bb flux from the SB corresponding to Ts about 5 10^4K. d/g calculated by modelling the SEDs of obscured GRB hosts roughly increases with z resembling the SFR trend.

연구 동기 및 목표

• 일致된 물리 모델을 사용하여 중간 적색이동에서의 GRB, SLSN, SB, AGN 주변 은하의 연속 SED를 모델링하는 것.
• 이온화된 기체에서의 Bremsstrahlung, 먼지 재처리, 오래된 별 집단이 관측된 SED에 기여하는 정도를 조사하는 것.
• 다른 주변 유형 간에 먼지 대 기체 비율(d/g)이 어떻게 변화하며, 적색이동과 별 형성률(SFR)과 어떻게 상관관계를 가지는지 규명하는 것.
• 선 스펙트럼을 모델링하는 동일한 물리 조건이 연속 SED도 재현할 수 있는지 확인하기 위해 suma 코드를 활용하는 것.

제안 방법

• Photoionization 및 충격 조건 하에서 이온화되고 먼지가 있는 구름에서 선 및 연속 스펙트럼을 모델링하기 위해 suma 코드를 사용하였다.
• 라디오에서 NIR에 이르는 관측된 광학적 데이터를, 오래된 별의 흑체 복사(T_bb ~ 3000–8000 K), 직접적인 별 복사(T_* ~ 5×10⁴ K), 뜨거운 플라즈마에서의 Bremsstrahlung, 먼지 재처리를 조합하여 피팅하였다.
• 선 스펙트럼이 이전에 모델링된 대상들만 선택하여 SED 피팅의 모호성을 줄였으며, 선과 연속 모델링 간의 일致성을 확보하였다.
• IR SED에 대한 피팅을 통해 먼지 대 기체 비율(d/g)을 계산하였으며, 먼지 온도, 입자 크기, 충격 속도(V_s)를 고려하였다.
• 공개된 샘플(Hunt et al., Krühler et al., Perley et al., Ramos Almeida et al.)을 사용하여 GRB, SLSN, SB, AGN 주변 은하의 SED를 일관된 SED 피팅 기법으로 비교하였다.
• 적색이동에 따른 d/g의 변화를 추적하고, UV 및 적외선 빛의 강도로부터 유도된 SFR 경향과 상관관계를 분석하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 중간 적색이동에서 GRB, SLSN, SB, AGN 주변 은하의 연속 SED에 기여하는 Bremsstrahlung, 먼지 재처리, 오래된 별 집단의 기여는 어떻게 형성되는가?
• RQ2 은폐된 GRB 주변 은하의 먼지 대 기체 비율(d/g) 범위는 무엇이며, 적색이동과 별 형성률(SFR)과 어떻게 상관관계를 가지는가?
• RQ3 선 스펙트럼을 재현하는 데 사용된 동일한 물리 조건이 이들 주변 은하의 관측된 연속 SED를 설명하는 데 얼마나 잘 맞는가?
• RQ4 왜 오래된 별 집단(T_bb ~ 3000–8000 K)의 기여가 이들 주변 은하의 NIR-광학 SED를 피팅하기 위해 항상 필요로 하는가?
• RQ5 충격 속도(V_s)와 충격 이전 밀도(n₀)는 어떤 영향을 미치며, 이는 UV-X선 영역의 Bremsstrahlung과 적외선 영역의 먼지 복사 간의 상대적 기여에 영향을 미치는가?

주요 결과

• 오래된 별 집단 배경은 흑체 복사(T_bb ~ 3000–8000 K)로 모델링되며, 거의 모든 GRB, SLSN, SB, AGN 주변 은하의 NIR-광학 SED를 재현하기 위해 필수적이다.
• 은폐된 GRB 주변 은하의 먼지 대 기체 비율(d/g)은 <0.0001에서 0.032 사이이며, 더 높은 값(예: GRB980703의 경우 d/g = 0.03)은 더 진화하거나 먼지가 풍부한 환경을 나타낸다.
• GRB980703 주변 은하는 T > 10⁵ K의 뜨거운 플라즈마에서 기인하는 열적 Bremsstrahlung과 일치하는 강한 라디오 방출을 보이며, 이는 W-R 별 복사(T_* = 6.5×10⁴ K)와 관련되어 있다.
• GRB980425 주변 은하는 d/g <0.0001로 가장 낮아, 상당한 별 형성에도 불구하고 먼지 기여가 극히 미미하다는 것을 시사한다.
• d/g 비율은 적색이동과 함께 증가하며, 관측된 SFR이 z 증가와 함께 증가하는 경향과 유사하여, 저적색이동에서 충격에 의한 먼지 파괴가 발생할 가능성이 있다.
• 충격 속도(V_s)와 충격 이전 밀도(n₀)는 UV-X선 영역의 Bremsstrahlung과 적외선 영역의 먼지 복사 간의 상대적 기여에 영향을 미치며, 높은 V_s는 고주파수 영역에서 Bremsstrahlung의 기여를 억제한다.