[논문 리뷰] Modelling the spectral energy distribution of ULIRGs II: The energetic environment and the dense interstellar medium

O. Vega, M. S. Clemens외 5명|ArXiv.org|2007. 12. 07.

Astrophysics and Star Formation Studies참고 문헌 146인용 수 52

한 줄 요약

이 연구는 근적외선에서 전파 영역까지의 스펙트럼 에너지 분포(SED)를 별폭발 및 AGN 복합 모델을 사용해 30개의 ULIRG에 대해 모델링하여, 모든 시스템에서 별폭발이 에너지 기여를 지배하고 있음을 밝혀냈다. 연구에서는 AGN가 적외선 빛의 10% 이상을 기여하는 샘플이 오직 30%에 불과하며, 별폭발이 나이가 들수록 별 형성 효율이 약 10배 감소함을 확인하여 AGN 단계가 짧고 특정 별폭발 단계와 밀접하게 연결되지 않는다는 것을 시사한다.

ABSTRACT

We fit the near-infrared to radio spectral energy distributions of 30 luminous and ultra-luminous infrared galaxies with pure starburst models or models that include both starburst and AGN components to determine important physical parameters for this population of objects. In particular we constrain the optical depth towards the luminosity source, the star formation rate, the star formation efficiency and the AGN fraction. We find that although about half of our sample have best-fit models that include an AGN component, only 30% have an AGN which accounts for more than 10% of the infrared luminosity, whereas all have an energetically dominant starburst. Our derived AGN fractions are generally in good agreement other measurements based in the mid-infrared line ratios measured by Spitzer IRS, but lower than those derived from PAH equivalent widths or the mid-infrared spectral slope. Our models determine the mass of dense molecular gas via the extinction required to reproduce the SED. Assuming that this mass is that traced by HCN, we reproduce the observed linear relation between HCN and infrared luminosities found by Gao & Solomon. We also find that the star formation efficiency, defined as the current star formation rate per unit of dense molecular gas mass, is enhanced in the ULIRGs phase. If the evolution of ULIRGs includes a phase in which an AGN contributes an important fraction to the infrared luminosity, this phase should last an order of magnitude less time than the starburst phase. Because the mass of dense molecular gas which we derive is consistent with observations of the HCN molecule,it should be possible to estimate the mass of dense, star-forming molecular gas in such objects when molecular line data are not available.

연구 동기 및 목표

• SED 피팅을 통해 ULIRG 내 별폭발과 AGN가 적외선 빛에 기여하는 비율을 규명하는 것.
• 광학적 투과도, 별 형성률, 별 형성 효율, 밀도 높은 분자 가스 질량 등의 핵심 물리적 매개변수를 제약하는 것.
• 중간 적외선 진단법(예: PAH 특징, 스펙트럼 기울기)이 SED 모델링에 비해 AGN 비율을 추정하는 데 얼마나 신뢰할 수 있는지 평가하는 것.
• 유도된 밀도 높은 분자 가스 질량이 HCN 기반 관측치와 Gao & Solomon(2004a)의 상관관계와 일관된지 검토하는 것.
• AGN 활동이 별폭발 진화의 특정 단계와 시간적으로 연관되어 있는지 조사하는 것.

제안 방법

• 30개의 ULIRG에 대해 근적외선에서 전파 영역까지의 SED를 순수 별폭발 모델과 별폭발 및 AGN 성분을 모두 포함한 하이브리드 모델로 피팅하는 것.
• 먼지 투과도 및 재처리 모델을 사용해 광학적 투과도를 추정하고, 적외선 SED 형태에서 밀도 높은 분자 가스 질량을 유추하는 것.
• 먼지 대 가스 질량 비율을 적용하여 먼지 질량을 분자 가스 질량으로 변환하며, HCN이 밀도 높은 가스를 추적한다고 가정하는 것.
• 유도된 AGN 비율을 독립적인 진단법과 비교: 중간 적외선 선 비율 (Ne[V]/Ne[II], O[IV]/Ne[II]), PAH 등가 폭, 스펙트럼 기울기.
• 현재 별 형성률을 밀도 높은 분자 가스 질량으로 나눈 별 형성 효율(SFE)을 계산하고, 별폭발 나이에 따라의 변화를 추적하는 것.
• AGN 기여를 보정한 IR 빛의 강도가 관측된 HCN-빛의 강도 상관관계와 일치하는지 테스트하는 것.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 8–1000 µm 범위에서 몇 퍼센트의 ULIRG가 AGN에 의해 전체 적외선 빛의 10% 이상을 기여하는가?
• RQ2 ULIRG에서 AGN 활동은 별폭발 진화의 특정 단계와 시간적으로 연관되어 있는가?
• RQ3 SED에서 유도된 AGN 비율은 PAH 특징이나 중간 적외선 스펙트럼 기울기와 같은 중간 적외선 진단법으로 유추된 비율과 어떻게 비교되는가?
• RQ4 별폭발 나이에 따라 ULIRG의 별 형성 효율은 어떻게 변화하는가?
• RQ5 SED 모델링으로 유도된 밀도 높은 분자 가스 질량은 Gao & Solomon(2004a)가 발견한 관측된 HCN-빛의 강도 상관관계를 재현할 수 있는가?

주요 결과

• 8에서 1000 µm 범위에서 전체 ULIRG의 30%인 9개만이 AGN가 전체 적외선 빛의 10% 이상을 기여하며, 모든 시스템에서 별 형성이 지배적이다.
• 유도된 AGN 비율은 중간 적외선 선 비율(Ne[V]/Ne[II], O[IV]/Ne[II])와 양호한 일치를 보이나, PAH 등가 폭이나 중간 적외선 스펙트럼 기울기로 유추된 비율보다는 유의미하게 낮다.
• 별폭발이 초기 단계에서 고도의 단계로 진화함에 따라 별 형성 효율이 약 10배 감소함을 확인하여, 단위 밀도 높은 분자 가스 질량당 별 형성률이 시간이 지남에 따라 감소함을 시사한다.
• HCN 유량과 밀도 높은 분자 가스 질량 간의 변환 계수는 Gao & Solomon(2004a)가 가정한 것보다 약 2배 작으며, 이는 그들의 자체 제안과 다른 연구 결과와도 일치한다.
• AGN 기여를 보정한 후, 에너지 기여가 상당한 AGN를 가진 몇몇 ULIRG도 HCN-빛의 강도 상관관계 위에 위치하며, 이는 방법의 신뢰성을 확인한다.
• 자료는 AGN 활동이 ULIRG 진화의 일부일 경우, 에너지 기여 기간이 약 몇 백만 년에 불과하며, 별폭발 단계보다 약 10배 짧다는 것을 시사한다.