[논문 리뷰] Insights into Galaxy Evolution from Mid-infrared Wavelengths

Ranga‐Ram Chary|arXiv (Cornell University)|2006. 12. 26.

Astronomy and Astrophysical Research인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 IRAS, ISO, Spitzer의 중적외선 설문을 이용하여 0.5 < z < 3에서 약 70%의 별 형성이 먼지에 의해 가림을 받으며, AGN는 복사 빛 밀도의 20% 미만을 기여한다는 것을 보여준다. 중적외선 설문을 통해 적색이동된 Hα 방출이 중적외선 대역(4.5 μm)에서 관측되는 것은 고적외선 은하(지수 > 5)의 약 20%에서 먼지가 존재함을 시사하며, 이는 우주재이온화 모델에 영향을 미치며, UV 측정값이 제시하는 것보다 더 높은 진짜 별 형성률을 암시한다. 이는 짧고 비균일한 과정 또는 기존 추정치보다 높은 탈출율이 필요함을 의미한다.

ABSTRACT

In this paper, I have attempted to highlight key results from deep extragalactic surveys at mid-infrared wavelengths. I discuss advances in our understanding of dust enshrouded star-formation and AGN activity at 03 will become possible only with future facilities like ALMA. Currently, the presence of dust can only be assessed in a small fraction of the youngest starbursts at z&gt;5 by looking for redshifted large equivalent width H_alpha emission in broadband filters like the IRAC 4.5 micron passband. H_alpha to UV ratios in these objects are a tracer of dust extinction and measuring this ratio in GOODS galaxies indicate dust in ~20% of star-forming galaxies at z&gt;5. Finally, implications for reionization based on the measured stellar mass density and star-formation rates of galaxies at these redshifts are discussed.

연구 동기 및 목표

• 우주의 시간에 따라 (0 < z < 3) 먼지에 둘러싸인 별 형성과 AGN 활동의 역할을 이해하는 것.
• 먼지에 의해 가려진 별 형성의 추적자로서 중적외선 복사의 신뢰성과 복사 빛 밀도 및 재이온화에 대한 함의를 평가하는 것.
• 특히 적색이동된 Hα 방출을 통한 고적외선 (z > 5)에서의 UV 기반 별 형성률 측정치에 대한 먼지 흡수의 영향을 평가하는 것.
• 다중 대역 광도 측정치와 변화하는 별폭발 모델을 이용하여 고적외선 은하의 과거 별 형성 역사에 제약을 가하는 것.
• z ~ 6에서 관측된 항성 질량 밀도와 별 형성률이 간성간 매질의 재이온화에 미치는 함의를 검토하는 것.

제안 방법

• IRAS, ISO/ISOCAM, Spitzer/MIPS를 이용한 중적외선 파장에서의 깊은 간성외 설문을 통해 먼지에 둘러싸인 천체를 탐지한다.
• IRAC 3.6 μm 및 4.5 μm 대역의 밴드광도를 적용하여 고적외선 은하(z > 5)에서 적색이동된 Hα 방출을 먼지 흡수의 추적자로 식별한다.
• 스펙트럼 에너지 분포(SED) 피팅과 변화하는 별폭발 모델을 이용하여 z ~ 6에서 관측된 항성 질량과 SFR 밀도를 바탕으로 과거 별 형성률을 외삽한다.
• 중적외선(7 μm)과 적외선(70 μm) 복사 밀도를 비교하여 별 형성 추적자로서 중적외선과 적외선 복사 간의 밀접한 상관관계를 校정한다.
• k보정 기법을 사용하여 휴지 프레임 복사 밀도를 추정하며, 적색이동 불확실성이 중적외선 스펙트럼 에너지 분포 해석에 미치는 영향을 고려한다.
• 식별 1의 e-감쇠 시간 모델을 적용하여 과거 별 형성률 추정치에서 먼지 흡수와 별폭발 시간 상수의 영향을 보정한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 0.5 < z < 3에서 별 형성의 어느 정도가 먼지에 의해 가려져 있으며, 이는 비가려진 별 형성과 어떻게 비교되는가?
• RQ2 z < 3에서 AGN(포함된 것 포함)이 총 복사 빛 밀도에 어느 정도 기여하는가?
• RQ3 z > 5 은하에서 적색이동된 Hα 방출을 통한 먼지 흡수 식별에 있어 4.5 μm/3.6 μm 광도 비율의 신뢰성은 어느 정도인가?
• RQ4 먼지 흡수와 e-감쇠 시간 상수를 보정한 후 z ~ 6 은하의 과거 별 형성률 역사에 대한 추정치는 무엇인가?
• RQ5 z ~ 6에서 관측된 항성 질량 및 별 형성률 밀도는 간성간 매질의 재이온화에 대해 어떤 제약을 가하는가?

주요 결과

• 0.5 < z < 3에서 공면 별 형성률 밀도의 약 70%가 먼지에 의해 가려져 있으며, 이는 중적외선 설문이 정확한 별 형성률 측정에 필수적임을 시사한다.
• AGN(포함된 것 포함)은 z < 3에서 공면 복사 빛 밀도의 20% 미만을 기여하며, 이는 별 형성이 에너지 출력의 주요 기여자임을 시사한다.
• z ~ 2에서 별 형성은 주로 대량의 초광량 적외선 은하(ULIRGs)에서 일어나지만, z ~ 1에서는 더 낮은 빛 밀도의 LIRGs에서 발생하여 적색이동에 따라 주요 별 형성 방식의 변화가 있음을 나타낸다.
• z > 5에서 스펙트럼적으로 확인된 은하의 약 10–20%에서 적색이동된 Hα로 인해 4.5 μm에서 광도가 증가하여 고적외선 은하의 별폭발에서 먼지 흡수가 존재함을 나타낸다.
• z > 5 은하에서 Hα를 통한 별 형성률은 평균적으로 UV 기반 추정치보다 약 3배 높으며, 이는 상당한 먼지 흡수와 UV 데이터만으로는 진짜 SFR이 과소평가됨을 암시한다.
• z ~ 6에서 측정된 별 형성률 밀도는 기존 추정치(fesc ~ 0.15, C = 30)에 따라 간성간 매질을 재이온화하기 위한 최소 요구량보다 10배 이상 부족하며, 이는 짧고 비균일한 재이온화 또는 가정된 것보다 높은 탈출율이 필요함을 시사한다.