[논문 리뷰] PEGASE.2, a metallicity-consistent spectral evolution model of galaxies: the documentation and the code

Michel Fioc, B. Rocca‐Volmerange|arXiv (Cornell University)|1999. 12. 09.

Astronomy and Astrophysical Research인용 수 55

한 줄 요약

PEGASE.2는 태양 외 금속성을 고려한 은하의 스펙트럼 진화 모델로, 비태양계 별 진화 궤적, Lejeune 등(1997, 1998)의 별 라이브러리, 그리고 흡수를 위한 복사역학 전달을 사용하여 합성 스펙트럼과 광도 색상을 합성한다. 다양한 금속성, 별 형성 역사를 포함한 은하 진화를 정확하게 모델링할 수 있으며, 모듈식 Fortran 코드와 데이터 파일을 통해 사용자 정의 IMF, SFR, 필터 반응을 완전히 지원한다.

ABSTRACT

We provide here the documentation of the new version of the spectral evolution model PEGASE. PEGASE computes synthetic spectra of galaxies in the UV to near-IR range from 0 to 20 Gyr, for a given stellar IMF and evolutionary scenario (star formation law, infall, galactic winds). The radiation emitted by stars from the main sequence to the pre-supernova or white dwarf stage is calculated, as well as the extinction by dust. A simple modeling of the nebular emission (continuum and lines) is also proposed. PEGASE may be used to model starbursts as well as old galaxies. The main improvements of PEGASE.2 relative to PEGASE.1 (Fioc & Rocca-Volmerange 1997) are the following: (1)The stellar evolutionary tracks of the Padova group for metallicities between 0.0001 and 0.1 have been included; (2)The evolution of the metallicity of the interstellar medium (ISM) due to SNII, SNIa and AGB stars is followed. Stars are formed with the same metallicity as the ISM (instead of a solar metallicity in PEGASE.1), providing thus a metallicity-consistent model; (3)Lejeune et al.'s library of stellar spectra is used; (4)The extinction by dust is computed for geometries corresponding to disk and spheroidal galaxies using a radiative transfer code taking into account the scattering. The main outputs (as a function of time) are spectra, colors and magnitudes in various photometric systems, luminosities, type II and Ia supernovae rates, line intensities and equivalent widths, amount and metallicity of stars and gas, mass locked in stellar remnants, optical depth and total dust emission. The corresponding article (Fioc & Rocca-Volmerange 2000) will be submitted soon. A detailed modeling of the spectrum of the dust emission and of HII regions (Moy, Rocca-Volmerange & Fioc 2000) will be included in future versions.

연구 동기 및 목표

• 비태양계 금속성을 별 진화 궤적과 합성 스펙트럼에 일관되게 통합하는 스펙트럼 진화 모델을 개발하는 것.
• 다양한 별 형성 역사와 금속성에서 은하 광도계산 및 스펙트럼 에너지 분포를 정확하게 계산할 수 있도록 하는 것.
• 초기 질량 함수, 별 형성률, 필터 반응을 사용자 정의할 수 있도록 하는 융통성 있고 확장 가능한 연구자용 프레임워크를 제공하는 것.
• 복사역학 전달과 향후 적외선 원거리 및 이オン가스 방출에 대한 확장 기능을 통한 흡수 모델링을 지원하는 것.
• 재현 가능한 은하 합성 시뮬레이션을 위한 공개된, 철저히 문서화된 Fortran 기반 코드베이스를 제공하는 것.

제안 방법

• Z = 0.0001에서 Z = 0.10까지의 금속성에 대해 Padova 그룹의 별 진화 궤적을 사용하며, 고질량 별과 후-AGB 단계에 대해 보간된 가상 궤적을 적용한다.
• 효율 온도와 금속성의 범위에서 스펙트럼 에너지 분포를 위해 Lejeune 등(1997, 1998)의 별 라이브러리를 사용한다.
• 먼저 거대 브런치 단계에서는 Reimers 질량 손실 법칙(η = 0.4)을, TP-AGB 단계에서는 η = 4를 적용하여 먼지 흡수와 스펙트럼 진화를 모델링하는 복사역학 전달을 적용한다.
• 모듈식 Fortran 77 파이프라인을 사용하여 합성 스펙트럼과 광도를 계산한다: SSPs.f는 단순 별 집단을 위한, scenarios.f는 SFR 입력을 위한, spectra.f는 전체 합성을 위한, colors.f는 magnitude와 색상을 위한.
• 외부 파일에 정의된 조각별 거듭제곱 법칙을 통해 사용자 정의 가능한 초기 질량 함수(IMF)를 지원하며, 10종의 표준 IMF(예: Salpeter, Kroupa, Kennicutt)를 제공한다.
• filters.dat에 구조화된 입력 형식을 통해 사용자 정의 필터를 가능하게 하며, 플럭스, magnitude, D4000 지수에 대한 캘리브레이션 옵션을 제공한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 어떻게 다양한 금속성(저금속성 및 고금속성 포함)에서 합성 은하 스펙트럼을 정확하게 계산할 수 있는가?
• RQ2 별 형성 역사와 초기 질량 함수의 변화가 예측된 스펙트럼 에너지 분포와 광학적 색상에 미치는 영향은 무엇인가?
• RQ3 복사역학 전달과 질량 손실 규정을 사용하여 먼지 흡수를 스펙트럼 합성에서 일관되게 모델링할 수 있는가?
• RQ4 모델을 어떻게 확장하여 보다 완전한 은하 SED를 위한 이온가스 방출 및 적외선 원거리 기여를 포함할 수 있는가?
• RQ5 핵심 코드를 수정하지 않고 사용자가 새로운 필터, IMF, 또는 별 형성률 법칙을 어떻게 사용자 정의할 수 있는가?

주요 결과

• PEGASE.2는 Z = 0.0001에서 Z = 0.10까지의 모든 조합의 금속성, 별 형성 역사, IMF를 갖는 은하의 합성 스펙트럼과 광도를 제공한다.
• 모델은 비태양계 금속성 진화 궤적과 Lejeune 별 라이브러리를 성공적으로 통합하여 전체 금속성 범위에서 일관된 스펙트럼 합성을 가능하게 한다.
• 첫 번째 거대 브런치 단계에서 η = 0.4, TP-AGB 단계에서 η = 4로 질량 손실를 적용한 복사역학 전달은 관측된 스펙트럼 특징과 흡수 효과를 잘 재현한다.
• 사용자 정의 가능한 IMF는 조각별 거듭제곱 법칙을 통해 지원되며, SSPs.f 모듈이 정규화와 연속성을 보장한다.
• filters.dat를 수정하고 calib.f를 실행함으로써 사용자가 새로운 필터를 추가할 수 있으며, 투과도와 캘리브레이션 유형에 대한 완전한 제어를 제공한다.
• 모델은 정규화된 절대 magnitude, 단색 빛의 세기, 발광선 빛의 세기/등가폭을 출력하며, HII.dat는 Hβ에 대한 상대 강도를 제공한다.