[논문 리뷰] Near-infrared and optical broadband surface photometry of 86 face-on disk dominated galaxies. IV. Using color profiles to study stellar and dust content of galaxies

Roelof S. de Jong|ArXiv.org|1996. 04. 02.

Impact of Light on Environment and Health인용 수 5

한 줄 요약

이 연구는 86개의 엽면 스파イラ르 은하의 근적외선 및 가시광선 밴드 표면광도를 분석하여 색 프로파일을 통해 별과 먼지의 함량을 조사한다. 색 기울기가 주로 별의 연령 및 금속성 기울기로 설명되며, 먼지의 붉어짐 효과는 미미한 것으로 나타났다. 이는 질량-광도 비율(M/L)의 심각한 변동을 초래하여 회전곡선 분석에서 '사라진 빛' 문제를 악화시킨다.

ABSTRACT

The stellar and dust content of spiral galaxies as function of radius has been investigated using near-infrared and optical broadband surface photometry of 86 face-on spiral galaxies. Colors of galaxies correlate with the azimuthally averaged local surface brightness both within and among galaxies, with the lower surface brightness regions being bluer. The colors formed from different passband combinations correlate strongly indicating that they probably arise from the same physical process. A 3D radiative transfer model was developed to calculate the effect of dust absorption and scattering on the luminosity and color profiles of galaxies. Stellar synthesis models were used to investigate the effects of the star formation history and the metallicity on the broadband color profiles. Combining all optical and near-infrared data shows that the color gradients in this sample of face-on galaxies are best explained by a combined stellar age and metallicity gradient across the disk, with the outer regions being on average younger and of lower metallicity. Dust reddening probably plays only a minor role, as the dust models cannot produce reddening profiles that are compatible with the observations. The observed color differences implicate substantial M/L_lambda differences, both within galaxies and among galaxies. The variations are such that the ``missing light'' problem derived from rotation fitting becomes even worse. Late-type galaxies (T>=6) have lower metallicities and are often of younger average age than earlier types and have therefore an entirely different M/L_λin most passbands. The near-infrared passbands are recommended for studies where the M/L_λratios should not vary too much.

연구 동기 및 목표

• 다중 밴드 광도 측정을 통해 엽면 디스크 지배 은하에서 별과 먼지 성분의 반경 방향 분포를 이해하기 위해.
• 관측된 색 기울기가 별의 인구 특성에 기인하는지 아니면 먼지 흡수 효과에 기인하는지 판단하기 위해.
• 별 형성 역사를 및 금속성의 영향이 밴드광도 색 프로파일에 어떻게 작용하는지 평가하기 위해.
• 먼지가 관측된 색 기울기를 생성하는 데서의 역할과 질량-광도 비율(M/L) 추정에 미치는 영향을 평가하기 위해.
• M/L_lambda의 변동이 은하 회전곡선 분석에서 유도된 '사라진 빛' 문제에 어떻게 영향을 미치는지 검토하기 위해.

제안 방법

• 86개의 엽면 스파イラ르 은하에 대해 근적외선 및 가시광선 밴드 표면광도를 확보하였다.
• 다양한 필터 조합(B, V, R, I, K 등)을 사용하여 각도 평균 색 프로파일을 구성하였다.
• 먼지 흡수 및 산란 효과가 빛의 세기와 색 프로파일에 미치는 영향을 시뮬레이션하기 위해 3차원 방사선 전달 모델을 적용하였다.
• 별 합성 모델을 사용하여 별 형성 역사와 금속성이 색 프로파일에 미치는 영향을 탐색하였다.
• 가시광선 및 근적외선 데이터를 융합하여 관측된 색 기울기의 물리적 기원을 제약하였다.
• 모델 예측을 관측된 색 프로파일과 비교하여 연령, 금속성, 먼지의 기여도 비율을 평가하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 엽면 스파イラ르 은하에서 관측된 색 기울기는 별 인구 기울기인지 먼지 붉어짐 효과인지 무엇이 원인인가?
• RQ2 먼지 흡수 및 산란이 관측된 빛의 세기와 색 프로파일에 얼마나 큰 영향을 미치는가?
• RQ3 디스크 전역에서 별의 연령과 금속성이 어떻게 변동하는가에 따라 밴드광도 색 프로파일에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 이러한 별과 먼지 성질이 다양한 필터에서 질량-광도 비율(M/L_lambda)에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 유도된 M/L_lambda의 변동이 은하 회전곡선 분석에서 유도된 '사라진 빛' 문제에 어떻게 영향을 미치는가?

주요 결과

• 표본의 색 기울기는 주로 별의 연령 및 금속성 기울기의 조합으로 가장 잘 설명되며, 외부 영역은 더 어린 연령과 낮은 금속성을 가진다.
• 먼지 붉어짐은 미미한 역할을 하며, 뚜렷한 일치하지 않는 오차 없이 관측된 색 프로파일을 재현할 수 없다.
• 관측된 색의 차이는 은하 내외부에서 질량-광도 비율(M/L_lambda)의 상당한 변동을 초래한다.
• 늦은 유형의 은하(T ≥ 6)는 더 낮은 금속성과 더 어린 평균 별 인구를 가지며, 대부분의 필터에서 상당히 다른 M/L_lambda를 보인다.
• 별 인구 변화에 대한 민감도가 감소하므로, 안정적인 M/L_lambda 비율이 필요한 연구에는 근적외선 필터를 권장한다.
• 연령과 금속성 기울기의 병합 효과로 인해 M/L_lambda가 반경에 따라 상당히 변동하므로, 회전곡선 피팅에서 도출된 '사라진 빛' 문제는 더욱 악화된다.