[논문 리뷰] Modelling the spectral energy distribution of galaxies. III. Attenuation of stellar light in spiral galaxies

Richard J. Tuffs, C. C. Popescu외 3명|ArXiv.org|2004. 01. 30.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 40인용 수 139

한 줄 요약

이 논문은 나선파악성의 물리적 동기를 가진 복사전달 모델을 제시하며, 별성 부풀림, 오래된 디스크, 젊은 얇은 디스크에 대해 각각의 투과율을 별도로 계산하고, 산란 및 덩어리진 먼지 성분을 포함한다. 이 모델은 태양계에서부터 적외선 영역까지의 파장 범위에서 기울기와 광학적 깊이에 따라 다항식 근사를 도출하며, 부풀림 대 디스크 비율이 관측된 투과율에 크게 영향을 준다는 것을 보여주며, 부풀림을 忽시할 경우 디스크 투과율이 과대평가됨을 시사한다.

ABSTRACT

We present new calculations of the attenuation of stellar light from spiral galaxies using geometries for stars and dust which can reproduce the entire spectral energy distribution from the UV to the FIR/submm and can also account for the surface brightness distribution in both the optical/NIR and FIR/submm. The calculations are based on the model of Popescu et al. (2000), which incorporates a dustless stellar bulge, a disk of old stars with associated diffuse dust, a thin disk of young stars with associated diffuse dust, and a clumpy dust component associated with star-forming regions in the thin disk. The attenuations, which incorporate the effects of multiple anisotropic scattering, are derived separately for each stellar component, and presented in the form of easily accessible polynomial fits as a function of inclination, for a grid in optical depth and wavelength. The wavelength range considered is between 912 AA and 2.2 micron, sampled such that attenuation can be conveniently calculated both for the standard optical bands and for the bands covered by GALEX. The attenuation characteristics of the individual stellar components show marked differences between each other. A general formula is given for the calculation of composite attenuation, valid for any combination of the bulge-to-disk ratio and amount of clumpiness. As an example, we show how the optical depth derived from the variation of attenuation with inclination depends on the bulge-to-disk ratio. Finally, a recipe is given for a self-consistent determination of the optical depth from the Halpha/Hbeta line ratio.

연구 동기 및 목표

• UV, 광학 및 FIR/submm SED 제약 조건을 통합하여 나선파악성 내 별빛의 투과율에 대해 물리적으로 일관된 모델을 개발하기 위해.
• 이전 연구에서의 모순을 해결하기 위해, 디스크 내의 산란 먼지, 별 형성 영역 내 덩어리진 먼지, 나선파악성 팔 내의 산란 먼지 등 다수의 먼지 성분을 고려하기 위해.
• 기울기와 부풀림 대 디스크 비율이 다양한 별 집단의 관측된 투과율에 어떻게 영향을 주는지 정량화하기 위해.
• 특히 FIR/submm 데이터가 없는 은하에서 Hα/Hβ 선비율로부터 광학적 깊이를 유도하는 자기 일관된 방법을 제공하기 위해.

제안 방법

• Kylafis & Bahcall (1987)의 복사전달 코드를 사용하여, 비등방성 다중 산란을 포함하여 부풀림, 오래된 디스크(디스크), 젊은 얇은 디스크의 세 별 성분에 대해 투과율을 계산한다.
• 먼지 기하학을 세 성분으로 모델링한다: 오래된 별과 같은 두께를 가진 산란 먼지 디스크, 젊은 별 디스크와 동일한 위치에 있는 두 번째 산란 먼지 디스크(서브밀리미터 복사에 기여), 별 형성 영역 내 덩어리진 먼지(적외선 색깔에 기여).
• 면에서 볼 때 B-대역 광학적 깊이(τ_B^f,disk)와 기울기(i)의 그리드에서 912 Å부터 2.2 μm까지 각 별 성분의 투과율을 별도로 계산한다.
• 결과로 도출된 투과율 곡선을 τ_B^f,disk와 파장에 대해 다항식 함수로 피팅하여 임의의 조합에 대한 보간 가능성을 확보한다.
• 기하학적 구조에 기반하여 덩어리진 영역의 국소적 투과율을 분석적으로 모델링하며, 강한 가열과 자외선 방출 별과의 공간적 상관관계를 가정한다.
• 전반적 투과율(산란 먼지에서 기인)과 국소적 투과율(덩어리에서 기인)을 통합하여 통합된 빛의 복합 투과율을 위한 일반 공식을 구성한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 부풀림, 디스크, 얇은 디스크 등 다양한 별 성분의 빛 투과율은 기울기와 광학적 깊이에 따라 어떻게 변화하는가?
• RQ2 부풀림의 존재가 관측된 투과율과 기울기 경향에서 유도된 광학적 깊이에 어느 정도 영향을 미치는가?
• RQ3 FIR/submm 광도 측정 데이터가 없는 은하에서 Hα/Hβ 선비율이 얼핏면에서의 광학적 깊이를 신뢰성 있게 유추하는 데 사용될 수 있는가?
• RQ4 산만한 먼지 성분과 덩어리진 먼지 성분의 기여가 전체 SED와 관측된 투과율 곡선에 어떻게 영향을 미치는가?

주요 결과

• 낮고 중간 기울기에서 부풀림이 가장 강한 투과율을 경험하며, 이는 가장 뚜렷한 파장 의존성을 보인다. 반면, 가장자리에서 볼 때는 얇은 디스크가 주요 투과율 기여를 한다.
• 면에서 볼 때 얇은 디스크는 투과율이 가장 낮지만, 고기울기에서 이는 반전되어, 먼지로 통과하는 길이가 주요 기여자가 된다.
• 부풀림 대 디스크 비율을 증가시키면 디스크 투과율 증가 효과를 모방하게 되며, 부풀림을 忽시할 경우 디스크 광학적 깊이가 체계적으로 과대평가된다.
• 모델은 Marcum 등 (2001)의 관측치와 0.1 mag 이내로 일치하는 NGC 891의 자외선 등급을 성공적으로 예측한다.
• Hα/Hβ 비율에 대한 기울기와 τ_B^f,disk 의존성 다항식 근사는 표 7에 제공되며, 발광선 비율로부터 광학적 깊이를 도출할 수 있다.
• 나선파악성 팔과 일치하는 두 번째 산란 먼지 디스크의 포함이 관측된 서브밀리미터 복사 강도를 재현하기 위해 필수적이다.