[논문 리뷰] Modeling the spectral energy distribution of galaxies. II. Disk opacity and star formation in 5 edge-on spirals

A. Misiriotis, C. C. Popescu외 2명|ArXiv.org|2001. 04. 20.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 1인용 수 71

한 줄 요약

이 연구는 복사열전달 및 먼지 방출 모델링을 사용하여 자외선에서 마이크로파 영역까지의 스펙트럼 에너지 분포(Sed)를 모델링하여 다섯 개의 경사진 나선파란 은하의 특성을 분석한다. 이는 젊은 항성 집단이 먼지 가열에 주로 기여하며, 최대 60%까지 기여함을 발견하였으며, 디스크 면적에 정규화된 항성 형성률(SFR)은 $7 \times 10^{-4}$에서 $2 \times 10^{-2}\,{\rm M}_{\odot}\,{\rm yr}^{-1}\,{\rm kpc}^{-2}$ 사이로, 면면 은하 경향과 케니쿠트-스미스 법칙과 일치한다.

ABSTRACT

Using tools previously described and applied to the prototype galaxy NGC 891, we model the optical to far-infrared spectral energy distributions (SED) of four additional edge-on spiral galaxies, namely NGC 5907, NGC 4013, UGC 1082 and UGC 2048. Comparing the model predictions with IRAS and, where available, sub-millimeter and millimeter observations, we determine the respective roles of the old and young stellar populations in grain heating. In all cases, the young population dominates, with the contribution of the old stellar population being at most 40%, as previously found for NGC 891. After normalization to the disk area, the massive star-formation rate (SFR) derived using our SED modeling technique, which is primarily sensitive to the non-ionizing ultraviolet output from the young stellar population, lies in the range 7e-4 - 2e-2 M_sun * yr^-1 * kpc^-2. This is consistent with normalized SFRs derived for face-on galaxies of comparable surface gas densities from H_alpha observations. Though the most active star-forming galaxy of the five in absolute terms, NGC 891 is not an exceptional system in terms of its surface density in SFR.

연구 동기 및 목표

• 프로토 타입인 NGC 891를 초월하여 더 넓은 샘플에 대해 경사진 나선파란의 SED 모델링을 확장하기 위해.
• 은하 디스크 내 노란 항성 집단과 젊은 항성 집단이 먼지 가열에 기여하는 상대 기여도를 규명하기 위해.
• 비이온화 자외선 방출에 민감한 SED 모델링을 통해 항성 형성률(SFR) 표면 밀도를 유도하고 검증하기 위해.
• NGC 891이 다른 정상적인 나선파란에 비해 항성 형성 활동에서 특별한 편차를 보이는지 테스트하기 위해.
• SED 유도 SFR과 Hα 기반 SFR을 비교하여 케니쿠트-스미스 법칙과의 일관성을 평가하기 위해.

제안 방법

• 별과 먼지가 별도의 스케일 높이를 가지며 '샌드위치' 기하구조를 가진 것으로 가정하여 경사진 은하에 복사열전달 모델을 적용하였다.
• IRAS, 마이크로파 및 밀리파장 시설의 다중 파장 관측 자료를 사용하여 자외선에서 원거리 적외선까지의 SED를 제약 조건으로 삼았다.
• 먼지 방출을 모델링하기 위해 입자 크기 분포와 작은 입자들의 확률적 가열을 사용하여 FIR/마이크로파 영역의 SED 형태를 재현하였다.
• 젊은 항성 집단의 비이온화 자외선 방출을 주요 SED 제약 조건으로 삼아 SED 모델을 校정하였다.
• 별의 스케일 높이의 3배로 정의된 디스크 면적에 총 SFR을 정규화하여 디스크 평균 SFR 표면 밀도를 계산하였다.
• 두 개의 먼지 디스크 모델을 사용하여 결과를 검증하고, Hα 유도 SFR 및 케니쿠트-스미스 법칙과 비교하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 경사진 나선파란에서 오래된 항성 집단과 젊은 항성 집단이 먼지 가열에 기여하는 상대 기여도는 어떻게 되는가?
• RQ2 SED 유도 SFR 표면 밀도는 경사진 시스템에서 Hα 관측 결과와 어떻게 비교되는가?
• RQ3 정상적인 나선파란 중에서 NGC 891의 항성 형성 표면 밀도가 이례적인가?
• RQ4 비이온화 자외선 방출에 기반한 SED 모델링이 관측된 FIR 및 마이크로파 방출을 어느 정도 재현하는가?
• RQ5 경사진 나선파란의 유도 SFR은 면면 디스크 은하에 대한 케니쿠트-스미스 법칙을 따르는가?

주요 결과

• 모든 다섯 개의 경사진 나선파란에서 젊은 항성 집단이 먼지 가열을 주도하며, 총 에너지 입력의 최소 60%를 기여한다.
• 오래된 항성 집단은 먼지 가열에 최대 40% 기여하며, 이는 이전에 NGC 891에 대한 연구 결과를 확인하는 바이다.
• SED 모델링을 통해 유도된 SFR 표면 밀도는 $7 \times 10^{-4}$에서 $2 \times 10^{-2}\,{\rm M}_{\odot}\,{\rm yr}^{-1}\,{\rm kpc}^{-2}$ 사이이며, NGC 4013가 절대적 기준에서 가장 활동성이 높다.
• 먼지 흡수 보정을 거친 후 SED 유도 SFR은 Hα 기반 SFR과 일치하여 이 방법의 신뢰성을 뒷받침한다.
• NGC 891는 다른 정상적인 나선파란에 비해 SFR 표면 밀도에서 이례적이지 않으며, 이는 그의 확장된 이온화 및 뜨거운 기체 확산층이 비정상적으로 높은 항성 형성 때문이 아니라는 것을 시사한다.
• 표준 SED 모델로 유도된 SFR은 더 복잡한 두 개의 먼지 디스크 모델 결과와 일치하여 방법의 강건성을 검증한다.