[논문 리뷰] Modelling the spectral energy distribution of galaxies. IV Correcting apparent disk scalelengths and central surface brightnesses for the effect of dust at optical and near-infrared wavelengths

C. Möllenhoff, C. C. Popescu외 1명|ArXiv.org|2006. 06. 22.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 48인용 수 58

한 줄 요약

이 논문은 광학 및 근적외선 파장에서 먼지 투과율의 영향을 보정하기 위해 복사전달 모델을 제시한다. 은하의 관측된 디스크 스케일링스케일과 중심 표면 밝기의 보정을 위해, 물리적으로 일관된 별-먼지 기하구조를 가진 시뮬레이션 이미지를 사용하여 먼지가 명백한 스케일링스케일을 최대 50% 증가시키고 중심 표면 밝기를 최대 1.5 등급 변화시킴을 정량화한다. 관측된 B-대역 스케일링스케일의 주요 원인은 내재된 크기 변화가 아니라 먼지이다.

ABSTRACT

We present corrections for the change in the apparent scalelengths, central surface brightnesses and axis ratios due to the presence of dust in pure disk galaxies, as a function of inclination, central face-on opacity in the B-band (tau^f_B) and wavelength. The correction factors were derived from simulated images of disk galaxies created using geometries for stars and dust which can reproduce the entire spectral energy distribution from the ultraviolet (UV) to the Far-infrared (FIR)/submillimeter (submm) and can also account for the observed surface-brightness distributions in both the optical/Near-infrared and FIR/submm. We found that dust can significantly affect both the scalelength and central surface brightness, inducing variations in the apparent to intrinsic quantities of up to 50 percent in scalelength and up to 1.5 magnitudes in central surface brightness. We also identified some astrophysical effects for which, although the absolute effect of dust is non-negligible, the predicted variation over a likely range in opacity is relatively small, such that an exact knowledge of opacity is not needed. Thus, for a galaxy at a typical inclination of 37 degrees and having any tau^f_B>2, the effect of dust is to increase the scalelength in B relative to that in I by a factor of 1.12 +- 0.02 and to change the B-I central colour by 0.36 +- 0.05 magnitudes. Finally we use the model to analyse the observed scalelength ratios between B and I for a sample of disk-dominated spiral galaxies, finding that the tendency for apparent scalelength to increase with decreasing wavelength is primarily due to the effects of dust.

연구 동기 및 목표

• 디스크 은하의 관측된 광학적 매개변수(스케일링스케일, 중심 표면 밝기, 축비)를 먼지 투과율의 영향으로부터 보정하기.
• 기울기, B-대역의 면적 기준 광학적 깊이(τ⁰_B), 파장에 따라 먼지가 명백한 스케일링스케일과 표면 밝기를 어떻게 변화시키는지 정량화하기.
• 관측된 스케일링스케일 비율(예: B-대역 대비 I-대역)의 추세가 먼지의 영향인지 내재된 구조적 진화의 영향인지 판단하기.
• 우주 시간에 걸쳐 은하 크기 진화 연구에 사용할 수 있는 공개 가능한 체계적인 보정 요소 세트를 제공하기.
• 일부 보정에 대해 투과율의 정밀한 지식이 필요할지, 관측된 추세가 먼지 효과에 민감하기 때문에 평가하기.

제안 방법

• 자외선에서 마이크로파까지의 스펙트럼 에너지 분포(SED) 피팅을 통해 유도된 물리적으로 일관된 별-먼지 기하구조를 사용해 면적 기준 및 기울기 있는 디스크 은하의 시뮬레이션 이미지 생성.
• 복사전달 계산을 적용하여 먼지에 의한 별빛의 감쇠와 재방출(적외선 및 밀리미터파 대역)을 계산함.
• 시뮬레이션 이미지에 먼지 없는 지수형 디스크 모델을 피팅하여 명백한 광학적 매개변수(스케일링스케일, 중심 표면 밝기, 축비) 추출.
• 이러한 명백한 매개변수를 시뮬레이션 입력에서의 내재된 값과 비교하여 먼지 효과에 대한 보정 요소 유도.
• 기울기(i), 중심 면적 기준 B-대역 광학적 깊이(τ⁰_B), 파장(B, I, NIR)을 체계적으로 변화시켜 보정 요소 표시.
• 기울기 기반 관측된 스케일링스케일 비율을 디스크 우세한 나선은하 샘플과 비교하여 먼지 가설 검증.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 짧은 파장(예: B-대역)에서 관측된 명백한 디스크 스케일링스케일이 긴 파장(예: I-대역)보다 증가하는 데 먼지가 얼마나 기여하는가?
• RQ2 기울기와 광학적 깊이에 따라 먼지 감쇠 및 기하학적 효과로 인해 명백한 스케일링스케일과 중심 표면 밝기는 어떻게 변하는가?
• RQ3 디스크 은하의 관측된(명백한) 광학적 매개변수를 내재된 값으로 변환하기 위해 필요한 정량적 보정 요소는 무엇인가?
• RQ4 관측된 B-대역 스케일링스케일이 I-대역보다 큰 경향은 주로 먼지의 영향인지, 내재된 구조적 진화의 영향인지?
• RQ5 적색편이에 따른 은하 크기 진화 연구에서 증가하는 먼지 투과율이 유도하는 편향은 얼마나 중요한가?

주요 결과

• 먼지의 영향으로 인해 명백한 디스크 스케일링스케일은 기울기와 광학적 깊이에 따라 내재된 값 대비 최대 50% 증가할 수 있다.
• 명백한-내재된 중심 표면 밝기 비율은 감쇠와 기울기에 따른 열량 밀도 증가의 균형에 따라 최대 1.5 등급 변화할 수 있다.
• 37° 기울기, τ⁰_B > 2인 일반 은하의 경우 B-대역 스케일링스케일은 I-대역 대비 12% 더 크며(1.12 ± 0.02의 요소), B-I 중심 색상은 0.36 ± 0.05 등급 어두워진다.
• 관측된 B-대역 스케일링스케일이 I-대역보다 큰 경향은 주로 먼지 효과 때문이며, 내재된 크기 변화의 영향은 아님.
• 관측된 B-대역 대 I-대역 스케일링스케일 비율의 산란(σ = 0.094)은 측정 오차 수준과 유사하여, 먼지가 관측된 경향의 주요 물리적 원인임을 시사한다.
• 모델은 이전에 데이터를 잘 맞추지 못했던, 특히 부울지가 없는 일반 은하를 포함한 디스크 우세한 나선은하의 관측된 스케일링스케일 비율을 성공적으로 재현한다.