[논문 리뷰] Probing the Dust Properties of Galaxies at Submillimetre Wavelengths II. Dust-to-gas mass ratio trends with metallicity and the submm excess in dwarf galaxies

M. Galametz, S. C. Madden외 4명|arXiv (Cornell University)|2011. 04. 05.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 132인용 수 117

한 줄 요약

이 연구는 저금속도 저항성은하에서의 마이크로파장(서브밀리미터, submm) 관측이-dust 질량 및 먼지 대 가스 질량 비율(D/G) 측정에 미치는 영향을 조사한다. 서브밀리미터 데이터(≥160 μm) 유무에 따라 스펙트럼 에너지 분포(SED)를 모델링함으로써, 서브밀리미터 제약 조건이 정확한 먼지 질량 추정에 필수적임을 보여주며, 이는 오차를 감소시키고 9개의 저금속도 은하에서 서브밀리미터 과잉을 드러낸다. 주요 발견은 서브밀리미터 데이터를 포함함으로써 D/G와 금속도 간의 상관관계가 더욱 강화되며, 특히 10 K의 냉각 먼지 성분(T = 10 K)을 도입하여 과잉을 보완할 경우 더욱 뚜렷하다.

ABSTRACT

We are studying the effects of submm observations on the total dust mass and thus dust-to-gas mass ratio measurements. We gather a wide sample of galaxies that have been observed at submm wavelengths to model their Spectral Energy Distributions using submm observations and then without submm observational constraints in order to quantify the error on the dust mass when submm data are not available. Our model does not make strong assumptions on the dust temperature distribution to precisely avoid submm biaises in the study. Our sample includes 52 galaxies observed at submm wavelengths. Out of these, 9 galaxies show an excess in submm which is not accounted for in our fiducial model, most of these galaxies being low- metallicity dwarfs. We chose to add an independant very cold dust component (T=10K) to account for this excess. We find that metal-rich galaxies modelled with submm data often show lower dust masses than when modelled without submm data. Indeed, these galaxies usually have dust SEDs that peaks at longer wavelengths and require constraints above 160 um to correctly position the peak and sample the submillimeter slope of their SEDs and thus correctly cover the dust temperature distribution. On the other hand, some metal-poor dwarf galaxies modelled with submm data show higher dust masses than when modelled without submm data. Using submm constraints for the dust mass estimates, we find a tightened correlation of the dust-to-gas mass ratio with the metallicity of the galaxies. We also often find that when there is a submm excess present, it occurs preferentially in low-metallicity galaxies. We analyse the conditions for the presence of this excess and find a relation between the 160/850 um ratio and the submm excess.

연구 동기 및 목표

• 서브밀리미터(submm) 관측이 은하의 먼지 질량 및 먼지 대 가스 질량 비율(D/G) 측정에 미치는 영향을 평가하기 위해.
• 표준 SED 모델이 설명하지 못하는 저금속도 저항성은하에서 관측된 서브밀리미터 과잉의 존재 및 물리적 기원을 조사하기 위해.
• 서브밀리미터 데이터 제약 조건을 포함하거나 제외한 모델 비교를 통해 먼지 질량 추정의 정확도를 향상시키기 위해.
• 서브밀리미터 데이터가 관측된 D/G 비율과 은하 금속도 간 상관관계를 어떻게 정교화하는지 검토하기 위해.
• 고적색도 및 저금속도 은하에서 신뢰할 수 있는 D/G 측정을 위해 서브밀리미터 관측이 얼마나 필수적인지 평가하기 위해.

제안 방법

• 850/870 μm 및 때로는 450 μm의 서브밀리미터 관측을 포함한 52개의 은하 샘플을 확보하였으며, 저금속도 저항성은하에서 금속rich 시스템까지 다양한 범위를 포함한다.
• 문헌에서 확보한 중간적외선에서 적외선 원거리 영역의 데이터를 사용하여 스펙트럼 에너지 분포(SED)를 모델링하였으며, 서브밀리미터 플럭스 제약 조건이 있는지 여부에 따라 두 가지 경우로 분석하였다.
• 냉각 먼지 성분이 없는 기준 모델을 먼저 적용하였으며, 서브밀리미터 과잉을 보이는 은하에 대해서는 추가로 냉각 먼지 성분(T = 10 K, β = 1)을 도입하여 피팅을 향상시켰다.
• 각 은하에 대해 서브밀리미터 데이터 유무에 따라 총 먼지 질량 및 먼지 대 가스 질량 비율(D/G)을 유도하여 서브밀리미터 데이터의 영향을 정량화하였다.
• 서브밀리미터 제약 조건이 있는 모델을 사용하여 D/G의 금속도 의존성을 재평가함으로써, 개선된 데이터로 인해 상관관계가 더욱 강화되는지 평가하였다.
• 서브밀리미터 과잉의 식별 및 냉각 먼지 방출과의 관계를 분석하기 위해 160/850 μm 플럭스 비율을 분석하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 서브밀리미터 관측은 은하의 먼지 질량 추정 정확도에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ2 저금속도 저항성은하에서 관측된 서브밀리미터 과잉의 기원과 물리적 성질은 무엇인가?
• RQ3 서브밀리미터 데이터를 포함하면 D/G 비율과 금속도 간 상관관계가 향상되는가?
• RQ4 서브밀리미터 데이터가 부재할 경우 먼지 질량이 체계적으로 과대 또는 과소 평가되는 정도는 어느 정도인가?
• RQ5 160/850 μm 플럭스 비율과 은하에서 서브밀리미터 과잉의 존재 사이에 측정 가능한 관계가 있는가?

주요 결과

• 서브밀리미터 데이터는 정확한 먼지 질량 추정에 필수적이다: 서브밀리미터 데이터 없이 사용할 경우, 금속rich 은하의 먼지 질량은 정점 위치 오류와 레일리-지운스 기울기 샘플링 오류로 인해 체계적으로 과대평가된다.
• 저금속도 저항성은하에서는 서브밀리미터 데이터 포함으로 인해 기존에 고려되지 않은 서브밀리미터 과잉으로 인해 먼지 질량 추정치가 높아지며, 이 과잉은 10 K의 냉각 먼지 성분으로 가장 잘 모델링된다.
• 서브밀리미터 과잉은 주로 저금속도 은하에서 발견되며, 샘플의 52개 은하 중 9개가 SED 피팅을 위해 추가적인 냉각 먼지 성분이 필요하다.
• 서브밀리미터 제약 조건을 추가함으로써 관측된 D/G 비율과 금속도 간 상관관계가 더욱 강화되어, D/G가 금속도 추정 도구로서의 신뢰성이 향상된다.
• 160/850 μm 플럭스 비율과 서브밀리미터 과잉 존재 사이에 강한 상관관계가 발견되어, 이 비율이 냉각 먼지 방출의 진단 도구로 사용될 수 있음을 시사한다.
• 결과는 특히 고적색도 및 저금속도 은하에서 휴면 상태의 서브밀리미터 관측 없이 얻은 먼지 질량 추정치를 사용하는 것을 경계해야 한다. 이 경우 오차가 상당히 클 수 있다.