[논문 리뷰] Massive star formation in Wolf-Rayet galaxies. IV: Colours, chemical composition analysis and metallicity-luminosity relations

Á. R. López-Sánchez, C. Esteban|arXiv (Cornell University)|2010. 04. 05.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 133인용 수 81

한 줄 요약

이 연구는 광학 및 적외선 영역에서의 다중 파장 분석을 통해 20개의 월프-레이넷 은하의 금속성-광도 관계와 화학적 진화를 조사한다. 적외선 영역에서의 광도 측정이 더 날카로운 L–Z 관계를 제공하며, Pilyugin 방법이 산소 금속성을 가장 정확하게 추정함을 확인하였다. 또한 월프-레이넷 특징은 높은 N/O 비율과 관련이 있으며, 이는 월프-레이넷 항성의 물질 분출에 의한 질소 농축을 시사한다.

ABSTRACT

(Abridged) We performed a multiwavelength analysis of a sample of starburst galaxies that show the presence of a substantial population of very young massive (WR) stars. Here we present the global analysis of the derived photometric and chemical properties. We compare optical/NIR colours and the physical properties (reddening coefficient, equivalent widths of the emission and underlying absorption lines, ionization degree, electron density, and electron temperature) and chemical properties with previous observations and galaxy evolution models. Attending to their absolute B-magnitude many of them are not dwarf galaxies, but they should be during their quiescent phase. We found that both C(Hb) and Wabs increase with increasing metallicity. We detected a high N/O ratio in objects showing strong WR features. The ejecta of the WR stars may be the origin of the N enrichment in these galaxies. We compared the abundances provided by the direct method with those obtained using empirical calibrations, finding that (i) the Pilyugin method is the best suitable empirical calibration, (ii) the relations between the oxygen abundance and the N2 or the O3N2 parameters provided by Pettini & Pagel (2004) give acceptable results for objects with 12+log(O/H)>8.0, and (iii) the results provided by empirical calibrations based on photoionization models are systematically 0.2-0.3 dex higher than the values derived from the direct method. The O and N abundances and the N/O ratios are related to the optical/NIR luminosity; the dispersion is consequence of the differences in the star-formation histories. Galaxies with redder colours tend to have higher oxygen and nitrogen abundances. Our detailed analysis is fundamental to understand the nature of galaxies showing strong starbursts, as well as to know their star formation history and the relationships with the environment.

연구 동기 및 목표

• 월프-레이넷 은하의 별 형성 역사와 진화 단계를 세밀한 화학적 및 광도적 분석을 통해 이해하기 위해.
• 고금속성 성폭발 은하에서 직접법 측정과 비교하여 경험적 금속도 보정의 신뢰성을 평가하기 위해.
• 은하의 광도(광학 및 NIR)와 금속성, 특히 산소 및 질소 농도 간의 관계를 조사하기 위해.
• 예측된 진화 모델에 따라 더 빨간 색상이 더 높은 금속성과 N/O 비율과 관련이 있는지 확인하기 위해.
• NIR 데이터에서 유도된 M_Ks–Z 관계를 사용하여 갈등형 보조은하 후보를 기존의 난방은하와 구분하기 위해.

제안 방법

• NOT, INT, WHT, CAHA 망원경을 사용하여 다중 파장 광도 측정을 수행하여 B, V, R, I, Ks magnitude 및 색상을 유도하였다.
• 발광선 강도(Hβ, [O ii], [O iii], Hα)와 흡수선(W_abs)을 분석하여 적색화(c(Hβ)), 전자 온도, 밀도 및 이온화 정도를 유도하였다.
• 전자의 온도를 [O iii] λ4363에서 유도하여 직접법을 사용해 산소 농도를 계산하였으며, 31개 영역에서 직접 T_e 추정치를 확보하였다.
• 선비율을 기반으로 N/O, S/O, Ne/O, Ar/O, Fe/O 농도 비율을 계산하고 이론 모델과 비교하였다.
• 직접법 결과와 비교하여 경험적 보정(Pilyugin, Pettini & Pagel, Kewley & Dopita)의 정확성과 체계적 오프셋을 평가하였다.
• 먼저 광학 및 적외선(Ks 대역) 광도를 사용하여 금속성-광도(L–Z) 관계를 수립하여-dust 흡수 및 폭발/기저 인구 기여의 영향을 평가하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 월프-레이넷 은하에서 광학 및 적외선 색상은 금속성과 별 형성 역사와 어떻게 관련이 있는가?
• RQ2 고금속성 성폭발 은하에서 직접법 산소 농도와 비교할 때 경험적 금속도 보정(Pilyugin, Pettini & Pagel 등)의 성능은 어떠한가?
• RQ3 광학 광도와 비교할 때 적외선 광도를 사용할 경우 금속성-광도 관계가 얼마나 다를 수 있으며, 이는 갈등형 보조은하 후보를 식별하는 데 도움이 될 수 있는가?
• RQ4 관측된 N/O 비율 변화의 원인은 무엇이며, 강한 월프-레이넷 특징과 항성 분출에 의한 질소 농축 간의 연관성은 있는가?
• RQ5 직접법과 경험적 보정을 통한 농도 간에 체계적 오프셋이 존재하는가? 그리고 이에 대한 물리적 메커니즘(예: 온도 변동)은 무엇인가?

주요 결과

• Pilyugin 방법(R23 및 P 매개변수 사용)이 이 별 형성 은하에서 산소 농도를 가장 정확하게 경험적으로 추정하며, 다른 보정보다 뛰어난 성능을 보였다.
• 사진이온화 모델 기반 경험적 보정은 직접법 대비 산소 농도를 0.2–0.3 dex 과대평가하며, 이는 이온화 기체 내 온도 변동 때문일 가능성이 높다.
• Pettini & Pagel(2004)의 관계는 12+log(O/H) > 8.0인 은하에서는 만족스러운 결과를 보였지만, 저금속성에서의 신뢰도는 낮다.
• 근적외선(Ks 대역) 광도를 사용할 경우 L–Z 관계가 더 날카로워지며, 갈등형 보조은하 후보와 기존의 난방은하 간의 구분이 향상된다.
• 빨간 색상의 은하에서 산소 및 질소 농도가 높으며, 이는 진화 모델과 금속성에 의존하는 색상 경향과 일치한다.
• 강한 월프-레이넷 특징은 높은 N/O 비율과 관련이 있으며(HCG 31 AC, UM 420, IRAS 0828+2816, III Zw 107, ESO 566-8, NGC 5253 등), 월프-레이넷 항성의 물질 분출이 질소 농축의 원천임을 뒷받침한다.