[논문 리뷰] Dust and Nebular Emission. I. Models for Normal Galaxies

P. Panuzzo, A. Bressan외 3명|ArXiv.org|2003. 07. 04.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 60인용 수 71

한 줄 요약

이 논문은 CLOUDY 광이온화 시뮬레이션과 GRASIL 스펙트로광도측정 코드를 결합하여 은하 내 성간성 우주에서의 성간먼지 재처리 및 연령에 따라 변하는 흡수를 고려한 물리적으로 일관된 모델을 제시한다. 주요 기여는 자외선에서 라디오 파장에 이르기까지 별 형성률(SFR) 지표의 강력한 보정을 가능하게 하며, 이는 FIR/UV 비율이 최소한의 불확도로 가장 정확한 SFR 추정을 제공함을 보여준다. 반면 Hα 기반 SFR는 여전히 연령 선택적 흡수의 영향을 크게 받는다.

ABSTRACT

We present a model for nebular emission in star forming galaxies, which takes into account the effects of dust reprocessing. The nebular emissions have been computed with CLOUDY and then included into GRASIL, our spectrophotometric code specifically developed for dusty galaxies. The interface between nebular emission and population synthesis is based on a set of pre-computed HII region emission models covering a wide range of physical quantities. Concerning the extinction properties of normal star forming galaxies, we are able to interpret the observed lack of correlation between the attenuation measured at Halpha and in the UV band as a consequence of age selective extinction. We also find that, for these galaxies with modest SFR, the ratio FIR/UV provides the best constraints on the UV attenuation. Our model also allows to deal with different SFR estimators in a consistent way, from the UV to radio wavelengths, and to discuss the uncertainties arising from the different physical conditions encountered in star forming galaxies. We provide our best estimates of SFR/luminosity calibrations, together with their expected range of variation. It results that SFR derived through Halpha, even when corrected for extinction using the Balmer decrement, is affected by important uncertainties due to age selective extinction. Another remarkable result is that SFR from UV luminosity corrected by means of the ratio FIR/UV has a small uncertainty. Finally, our model provides a calibration of SFR from radio luminosity; we are also able to reproduce the observed FIR/radio ratio.

연구 동기 및 목표

• 금속성, 밀도, 기하학적 구조, 이온화 광자율 등 다양한 물리적 매개변수를 고려하여 성간먼지 재처리 효과를 포함한 정상적인 별 형성 은하에서의 이온화 방출에 대해 물리적으로 일관된 모델을 개발하는 것.
• 정상 은하에서 Hα와 자외선 감쇠 간의 관측된 상관관계 부족을 연령 선택적 흡수를 도입하여 해결하는 것.
• 다양한 물리적 조건을 반영한 별 형성 영역에서 자외선에서 라디오 파장까지 SFR 지표의 정확하고 물리적으로 근거가 있는 보정을 제공하는 것.
• 통합된 먼지 인식 기반 프레임워크 내에서 Hα, [O II], FIR, 라디오 등 다양한 추적자들을 비교함으로써 SFR 추정의 신뢰성을 향상시키는 것.

제안 방법

• 자외선에서 적외선에 이르기까지의 연속광 및 60개 선을 포함한 이온화 방출은 CLOUDY 코드를 사용하여 금속성, 밀도, 기하학적 형태, 이온화 광자율 등 다양한 물리적 매개변수에 대해 계산된다.
• 事前 계산된 H II 영역 모델을 GRASIL(스펙트로광도측정 합성 코드)과 연동하여 현실적인 기하학적 구조와 연령에 따라 변하는 흡수를 고려한 먼지 재처리를 모델링한다.
• 완전한 단일 별 시스템(SSP) 스펙트럼과 일치하는 일관성을 확보하기 위해 이온화 복사의 해석적 근사치를 사용하여 효과적 온도와 광학적 두께를 유도한다.
• 이온화 매개변수를 구형 기하학에 대한 체적 평균 통합을 통해 계산하며, 이온화 복사와 밀도의 반경 방향 변화를 고려한다.
• 별 집단의 진화 단계와 관련된 별과 먼지의 상대적 기하학적 배치를 연결함으로써 먼지 흡수의 연령 의존성을 모델링한다.
• 합성 광도를 다양한 파장에서 관측 지표(예: 발머 감쇠, FIR/UV 비율)와 비교하여 SFR 보정을 유도한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 왜 정상적인 별 형성 은하에서 Hα와 자외선 감쇠 간에 강한 상관관계가 없을까?
• RQ2 연령 선택적 흡수의 영향을 받는 Hα 기반 SFR 측정의 신뢰성은 어떻게 영향을 받을까?
• RQ3 먼지 재처리를 정확히 고려할 경우 가장 정확한 SFR 지표는 무엇일까?
• RQ4 자외선, Hα, FIR, 라디오 등 다양한 SFR 추정자 간의 불확도와 일관성은 어떻게 비교될 수 있을까?
• RQ5 이온화 및 먼지 방출을 포함한 모델에서 FIR/라디오 비율을 자발적으로 재현할 수 있을까?

주요 결과

• 관측된 Hα와 자외선 감쇠 간의 상관관계 부족은, 더 어린, 질량이 큰 별들이 더 오래된, 질량이 작은 별들보다 먼지의 영향을 더 크게 받는 연령 선택적 흡수로 설명된다.
• FIR/UV 비율은 복잡한 기하학적 구조와 연령 의존성 흡수의 영향을 덜 받기 때문에, 최소한의 불확도로 가장 신뢰할 수 있는 SFR 지표이다.
• 발머 감쇠로 보정된 Hα 기반 SFR도 여전히 연령 선택적 흡수의 영향을 크게 받기 때문에 상당한 불확도를 지닌다.
• 모델은 관측된 FIR/라디오 비율을 재현하여 먼지 재처리 및 별 형성 추적자 처리의 타당성을 검증한다.
• 자외선에서 라디오 파장까지의 신뢰성 있는 SFR/광도 보정을 제공하며, 불확도 범위가 명확하게 정의되어 있어 일관성을 향상시킨다.
• 이온화 복사의 해석적 근사는 전체 SSP 스펙트럼과 허용 가능한 정밀도 내에서 일치하여 선 방출의 효율적 계산을 가능하게 한다.