[논문 리뷰] Modelling Intermediate Age and Old Stellar Populations in the Infrared

A. Bressan, G. L. Granato외 1명|ArXiv.org|1997. 09. 10.

Stellar, planetary, and galactic studies인용 수 10

한 줄 요약

이 논문은 절연거대브라운왜성(AGB) 별에서의 먼지 효과를 자그리스티컬리 포함하는 새로운 단순은하모델(SSP)을 제시한다. 질량 손실율과 바람 속도를 사용하여 AGB 단계의 지속 기간과 적외선 스펙트럼 에너지 분포를 모두 결정한다. 주요 결과는 중간 연령 은하에서 먼지를 포함시킬 경우 중간 적외선 영역에서 복사 에너지가 약 10배 증가하며, 이는 중간 적외선 색을 통해 연령과 금속성의 혼동을 더 잘 분리할 수 있음을 의미한다.

ABSTRACT

We have investigated the spectro-photometric properties of the Asymptotic Giant Branch (AGB) stars and their contribution to the integrated infrared emission in simple stellar populations (SSP). Adopting analytical relations describing the evolution of these stars in the HR diagram and empirical relations for the mass-loss rate and the wind terminal velocity, we were able to model the effects of the dusty envelope around these stars, with a minimal number of parameters. We computed isochrones at different age and initial metal content. We compare our models with existing infrared colors of M giants and Mira stars and with IRAS PSC data. Contrary to previous models, in the new isochrones the mass-loss rate, which establishes the duration of the AGB phase, also determines the spectral properties of the stars. The contribution of these stars to the integrated light of the population is thus obtained in a consistent way. We find that the emission in the mid infrared is about one order of magnitude larger when dust is taken into account in an intermediate age population, irrespective of the particular mixture adopted. The dependence of the integrated colors on the metallicity and age is discussed, with particular emphasis on the problem of age-metallicity degeneracy. We show that, contrary to the case of optical or near infrared colors, the adoption of a suitable pass-band in the mid infrared allows a fair separation of the two effects. We suggest intermediate redshift elliptical galaxies as possible targets of this method of solving the age-metallicity dilemma. The new SSP models constitute a first step in a more extended study aimed at modelling the spectral properties of the galaxies from the ultraviolet to the far infrared.

연구 동기 및 목표

• AGB 별의 스펙트로광학적 성질과 그들이 은하모음의 통합 적외선 복사에 기여하는 방식을 모델링하는 것.
• 중간 적외선 색을 활용하여 은하모음 합성에서의 연령-금속성 혼동 문제를 해결하는 것.
• 질량 손실율이 AGB 수명과 스펙트럼 성질을 동시에 제어하는 자그리스티컬리 일관된 프레임워크를 개발하는 것.
• 최소한의 매개변수로 중간 연령 및 노령 은하모음의 적외선 특성을 향상시키는 모델링을 개선하는 것.
• 중간 적외선 대역을 은하의 연령과 금속성에 대한 진단 도구로 사용할 수 있도록 하는 것.

제안 방법

• 헤르츠프룽-라스터도에서 AGB 별 진화에 대한 해석적 관계를 사용하는 것.
• 실제 측정된 질량 손실율 및 바람 최종 속도 관계를 적용하여 먼지가 있는 외곽을 모의하는 것.
• 다양한 연령과 금속성에서 먼지 복사 에너지를 포함한 이소클론을 계산하는 것.
• M형 거성과 마이라 별의 관측된 적외선 색을 기반으로 모델을 校정하는 것.
• 모델 예측을 IRAS Point Source Catalog 데이터와 비교하는 것.
• 질량 손실율 의존성에 따라 AGB 수명과 먼지 복사 에너지 효과를 일관되게 통합하는 것.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 AGB 별에서 발생하는 먼지 복사 에너지는 중간 연령 및 고연령 은하모음의 통합 적외선 복사에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ2 AGB 모델에 먼지를 포함시키면 은하모음의 예측된 중간 적외선 색이 얼마나 변화하는가?
• RQ3 중간 적외선 대역은 은하모음 합성에서의 연령-금속성 혼동 문제를 효과적으로 해결할 수 있는가?
• RQ4 질량 손실율과 바람 속도는 AGB 단계의 지속 기간과 스펙트럼 에너지 분포에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 다른 먼지 혼합 비율은 이러한 모델에서 통합 적외선 복사에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• AGB 별에 먼지를 포함시키면 중간 연령 은하모음에서 중간 적외선 복사 에너지가 약 10배 증가한다.
• 모델은 질량 손실율이 동시에 AGB 수명과 별의 스펙트럼 성질을 제어함으로써 자그리스티컬리 일관된 모델링이 가능함을 보여준다.
• 중간 적외선 색은 광학 및 근적외선 색에 비해 연령과 금속성 영향을 더 명확히 분리하는 데 유리하다.
• 모델은 M형 거성과 마이라 별의 관측된 적외선 색을 성공적으로 재현한다.
• IRAS PSC 데이터는 새로운 모델에 잘 맞아떨어지며, 이는 모델의 예측 능력을 검증한다.
• 중간 적색편이를 가진 타원은하가 이 방법을 적용하여 연령-금속성 혼동 문제를 해결할 수 있는 주요 대상으로 식별된다.