[논문 리뷰] Probing the Dust Properties of Galaxies up to Submillimetre Wavelengths I. The Spectral Energy Distribution of dwarf galaxies using LABOCA

M. Galametz, S. C. Madden외 8명|arXiv (Cornell University)|2009. 09. 30.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 95인용 수 49

한 줄 요약

이 연구는 APEX의 870 μm LABOCA 관측을 사용하여 네 개의 저중성도 저항성은하의 스펙트럼 에너지 분포(SEDs)를 모델링하며, NGC 1705와 하로 11에서 총-dust 질량의 ≥70 %를 차지하는 뚜렷한 냉각-dust 성분을 밝혀냈다. 밀리미터파 대역 데이터의 포함은 dust 질량 추정치를 높이며, 이는 이상하게 높은 dust-to-gas 비율과 색삭 법칙에서의 이질성을 드러내며, 추적되지 않은 분자 가스 저축지가 존재할 가능성을 시사한다.

ABSTRACT

We present 870 micron images of four low metallicity galaxies (NGC1705, Haro11, Mrk1089 and UM311) observed with the Large APEX BOlometer CAmera (LABOCA). We model their spectral energy distributions combining the submm observations of LABOCA, 2MASS, IRAS, Spitzer photometric data and the IRS data for Haro11. We find that a significant mass of dust is revealed when using submm constraints compared to that measured with only mid-IR to far-IR observations extending only to 160 microns. For NGC1705 and Haro11, an excess in submillimeter wavelengths is detected and we rerun our SED procedure adding a cold dust component (10K) to better describe the high 870 micron flux derived from LABOCA observations, which significantly improves the fit. We find that at least 70% of the dust mass of these two galaxies can reside in a cold dust component. We also show that the subsequent dust-to-gas mass ratios, considering HI and CO observations, can be strikingly high for Haro11 in comparison with what is usually expected for these low-metallicity environments. Furthermore, we derive the SFR of our galaxies and compare them to the Schmidt law. Haro11 falls anomalously far from the Schmidt relation. These results may suggest that a reservoir of hidden gas could be present in molecular form not traced by the current CO observations. We also derive the total IR luminosities derived from our models and compare them with relations that derive this luminosity from Spitzer bands. We find that the Draine & Li (2007) formula compares well to our direct IR determinations.

연구 동기 및 목표

• 다양한 파장에서의 SED 모델링을 통해 저중성도 저항성은하의 dust 특성—질량, 온도, 조성—을 제약하기.
• 단지 짧은 파장 데이터에 비해 870 μm 밀리미터파 관측이 dust 질량 및 조성 추정치에 미치는 영향을 평가하기.
• NGC 1705와 하로 11에서 초과된 밀리미터파 복사의 기원을 조사하고, 냉각-dust 성분의 존재 여부를 평가하기.
• dust-to-gas 질량 비율을 유도하고, 화학적 진화 모델 및 HI/CO 관측 결과와 비교하기.
• 성간별 형성률과 색삭 법칙의 일관성을 평가하며, 전체 적외선 빛의 세기와 경험적 공식 간의 비교 수행하기.

제안 방법

• APEX 망원경의 LABOCA 기구를 사용하여 네 개의 저항성은하(NGC 1705, 하로 11, Mrk 1089, UM 311)의 870 μm 연속 스펙트럼 이미지를 확보했다.
• 2MASS, IRAS, Spitzer(IRAC/MIPS), 그리고 하로 11에 대해 IRS 분광법 데이터와 함께 LABOCA 870 μm 데이터를 융합하여 전체 SED를 구성했다.
• 다핵 환형 탄화수소(PAHs), 비정질 실리케이트, 탄소 기반 입자로 구성된 dust 복사 모델을 사용하여 SED를 피팅했다.
• 밀리미터파 제약 조건이 있는 모델과 없는 모델을 비교하여 유도된 dust 질량 및 온도 분포에 미치는 영향을 평가했다.
• 특히 NGC 1705와 하로 11에서 870 μm 복사에 대한 피팅을 향상시키기 위해 냉각-dust 성분(T ≈ 10 K, β = 1)을 포함시켰다.
• SED 모델에서 유도된 전체 적외선 빛의 세기(L_TIR)를 계산하고, 경험적 공식(드레인 & 리 2007, Dale & Helou 2002)과 비교했다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 저중성도 저항성은하에서 냉각-dust(T ≈ 10 K)가 총-dust 질량에 차지하는 기여는 얼마이며, 이는 초과된 밀리미터파 복사의 원인이 될 수 있는가?
• RQ2 870 μm 밀리미터파 관측이 160 μm 이하의 데이터만으로 제약된 모델 대비 유도된 총-dust 질량에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 이 은하들에서의 dust-to-gas 질량 비율은 얼마이며, 화학적 진화 모델 및 HI/CO 관측 결과와 비교해 볼 때 어떻게 되는가?
• RQ4 왜 하로 11는 색삭 법칙에서 크게 이탈하는가? 이는 추적되지 않은 분자 가스 저축지 때문일 수 있는가?
• RQ5 경험적 공식(예: 드레인 & 리 2007)이 SED 모델링에서 유도된 전체 적외선 빛의 세기(L_TIR)를 얼마나 잘 재현하는가?

주요 결과

• 네 개의 은하에서 PAH 질량 비율은 총-dust 질량의 0.08–0.8%로, 은하수 은하의 5–50배 낮다.
• 870 μm 밀리미터파 제약 조건을 포함하면 160 μm 이하 데이터만으로 모델링한 경우보다 유도된 총-dust 질량이 증가한다.
• NGC 1705와 하로 11에서 약 10 K의 냉각-dust 성분이 총-dust 질량의 최소 70%를 차지하며, SED 피팅을 크게 향상시킨다.
• 하로 11의 dust-to-gas 질량 비율은 0.2로, 저중성도 수준에서 예상되는 것보다 훨씬 높으며, HI 및 CO 관측 결과의 상한선과도 일치하지 않는다.
• 하로 11는 색삭 법칙에서 크게 이탈해, 추적되지 않은 분자 가스 저축지가 존재할 가능성을 시사하며, 이는 CO 관측치보다 약 10배 더 클 수 있다.
• 전체 적외선 빛의 세기(L_TIR)는 NGC 1705의 경우 5.8 × 10⁷ L☉에서 하로 11의 경우 1.7 × 10¹¹ L☉ 사이로 변동하며, 드레인 & 리(2007) 공식이 모델 유도 L_TIR와 가장 잘 일치한다.