[논문 리뷰] Galaxy Modelling -- I. Spectral Energy Distributions from Far-UV to Sub-mm Wavelengths

Julien Devriendt, B. Guiderdoni외 1명|ArXiv.org|1999. 06. 21.

Calibration and Measurement Techniques인용 수 12

한 줄 요약

이 논문은 원거리 자외선에서 마이크로파에 이르는 파장 영역에서 은하 스펙트럼 에너지 분포(SED)를 위한 자기 일관성 있는 모델인 STARDUST을 소개한다. 항성 집단 합성과 금속성에 의존하는 투명도, 그리고 경험적 먼지 모델을 결합하여, IMF, SFR timescale, 기체 밀도, 나이와 같은 최소한의 자유 매개변수를 사용해 국지적 나선은하, 성운, LIRG, ULIRG의 SED을 정확히 재현한다.

ABSTRACT

(abridged) We present STARDUST, a new self-consistent modelling of the spectral energy distributions (SEDs) of galaxies from far-UV to radio wavelengths. In order to derive the SEDs in this broad spectral range, we first couple spectrophotometric and (closed-box) chemical evolutions to account for metallicity effects on the spectra of synthetic stellar populations. We then use a phenomenological fit for the metal-dependent extinction curve and a simple geometric distribution of the dust to compute the optical depth of galaxies and the corresponding obscuration curve. This enables us to calculate the fraction of stellar light reprocessed in the infrared range. In a final step, we define a dust model with various components and we fix the weights of these components in order to reproduce the IRAS correlation of IR colours with total IR luminosities. This allows us to compute far-IR SEDs that phenomenologically mimic observed trends. We are able to predict the spectral evolution of galaxies in a broad wavelength range, and we can reproduce the observed SEDs of local spirals, starbursts, luminous infrared galaxies (LIRGs) and ultra luminous infrared galaxies (ULIRGs). This modelling is so far kept as simple as possible and depends on a small number of free parameters, namely the initial mass function (IMF), star formation rate (SFR) time scale, gas density, and galaxy age, as well as on more refined assumptions on dust properties and the presence (or absence) of gas inflows/outflows.

연구 동기 및 목표

• 원거리 자외선에서 마이크로파에 이르는 파장 영역을 아우르는 은하 SED에 대한 자기 일관성 있는 모델을 개발하기 위해.
• 결합된 광학적 및 화학적 진화 모델을 통해 금속성의 영향을 항성 집단에 반영하기 위해.
• 투명도 곡선과 먼지 구성 요소의 가중치를 경험적으로 모델링하여 먼지 투명도와 재처리를 기술하기 위해.
• IRAS 데이터에서 관측된 적외선 색상-광도 상관관계를 재현하기 위해.
• 자유 매개변수를 최소화하면서 다양한 은하 유형의 스펙트럼 진화를 예측하기 위해.

제안 방법

• 금속성에 따라 달라지는 항성 집단 스펙트럼을 계산하기 위해 광학적 및 밀폐된 상자 화학적 진화 모델을 결합한다.
• 금속성에 따라 달라지는 투명도 곡선과 기하학적 먼지 분포를 적용하여 광학적 두께와 차폐를 계산한다.
• 다중 구성 요소 먼지 모델을 사용하고 가중치를 조정하여 IRAS에서 관측된 적외선 색상과 총 적외선 광도 간의 상관관계를 재현한다.
• 항성 방출, 먼지 투명도, 재처리된 적외선 방출을 통합하여 단일 SED 프레임워크로 통합한다.
• 경험적 일관성을 확보하기 위해 관측된 IRAS 색상-광도 관계를 사용하여 먼지 구성 요소의 가중치를 校정한다.
• IMF, SFR timescale, 기체 밀도, 은하 나이와 같은 핵심 매개변수를 변화시켜 다양한 은하 유형을 시뮬레이션한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 물리적 및 경험적 구성 요소를 사용하여 원거리 자외선에서 마이크로파에 이르는 파장 영역에서 은하 SED를 어떻게 일관성 있게 모델링할 수 있는가?
• RQ2 금속성에 따라 달라지는 항성 집단 합성과 먼지 투명도는 국지 은하의 관측된 SED를 어느 정도 정확히 재현할 수 있는가?
• RQ3 교정된 구성 요소 가중치를 가진 단순한 먼지 모델은 IRAS에서 관측된 적외선 색상과 총 적외선 광도 간의 상관관계를 재현할 수 있는가?
• RQ4 IMF, SFR timescale, 기체 밀도, 은하 나이의 변화는 예측된 SED에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 이 모델은 나선은하, 성운, LIRG, ULIRG를 포함한 다양한 은하 유형의 SED를 재현할 수 있는가?

주요 결과

• STARDUST 모델은 원거리 자외선에서 마이크로파 영역에 걸쳐 국지적 나선은하, 성운, LIRG, ULIRG의 SED을 성공적으로 재현한다.
• 금속성에 따라 달라지는 투명도와 교정된 다중 구성 요소 먼지 모델을 포함시킴으로써 관측된 IRAS 색상-광도 관계를 정확히 재현할 수 있다.
• IMF, SFR timescale, 기체 밀도, 은하 나이와 같은 소수의 자유 매개변수만으로도 관측 결과와 양호한 일치를 이룬다.
• IRAS 데이터에 맞추어 가중치를 조정한 경험적 먼지 모델은 복잡한 복사 전달 계산 없이도 관측된 원거리 적외선 SED 추세를 효과적으로 모방한다.
• 모델은 먼지 재처리가 빛나는 적외선 은하에서 총 항성 방출의 상당한 비율을 차지함을 시사한다.
• 이 프레임워크는 강력하고 자기 일관성이 있으며, 항성 진화, 먼지 투명도, 적외선 재처리를 하나의 예측 가능한 SED 모델로 통합한다.