[논문 리뷰] Properties of $z\sim3-6$ Lyman Break Galaxies. II. Impact of nebular emission at high redshift

S. de Barros, D. Schaerer외 1명|arXiv (Cornell University)|2012. 07. 16.

Astronomy and Astrophysical Research인용 수 72

한 줄 요약

이 연구는 전체 난방선 모델링을 통한 SED 피팅을 사용하여 $z\sim3$--6 라이만 브레이크은하(LBGs)의 물리적 성질에 대한 난방선 방출의 영향을 조사한다. 난방선 방출을 포함할 경우, 나이는 유의미하게 젊어지고, 별질량은 낮아지고,-dust 흡수는 높아지며, SFR--$M_\star$ 관계의 산란도 증가한다. 약 65%의 LBGs에서 방출선이 검출 가능하며, 이는 고적색도에서의 간헐적 또는 폭발적인 별 형성 역사를 시사한다.

ABSTRACT

We present a homogeneous, detailed analysis of the spectral energy distribution (SED) of $\sim$ 1700 LBGs from the GOODS-MUSIC catalogue with deep multi-wavelength photometry from $U$ band to 8 $μ$m to determine stellar mass, age, dust attenuation, and star formation rate. Using our SED fitting tool, which takes into account nebular emission, we explore a wide parameter space. We also explore a set of different star formation histories. Nebular emission is found to significantly affect the determination of the physical parameters for the majority of $z \sim $ 3--6 LBGs. We identify two populations of galaxies by determining the importance of the contribution of emission lines to broadband fluxes. We find that $\sim$ $65\%$ of LBGs show detectable signs of emission lines, whereas $\sim$ $35\%$ show weak or no emission lines. This distribution is found over the entire redshift range. We interpret these groups as actively star forming and more quiescent LBGs, respectively. We find that it is necessary to considerer SED fits with very young ages ($<50$ Myr) to reproduce some colours affected by strong emission lines. Other arguments favouring episodic star formation and relatively short star formation timescales are also discussed. Considering nebular emission generally leads to a younger age, lower stellar mass, higher dust attenuation, higher star formation rate, and a large scatter in the SFR-$M_{\star}$ relation. Our analysis yields a trend of increasing specific star formation rate with redshift, as predicted by recent galaxy evolution models. The physical parameters of approximately two thirds of high redshift galaxies are significantly modified when we account for nebular emission. The SED models which include nebular emission shed new light on the properties of LBGs with numerous important implications.

연구 동기 및 목표

• 고적색도 LBGs에서 물리적 매개변수(질량, 나이,-dust, SFR) 유도에 난방선 방출이 미치는 영향을 평가하기 위해.
• 깊은 다중파장 광도 측정을 통해 $z\sim3$--6 LBGs에서 방출선의 퍼지기와 영향을 규명하기 위해.
• 난방선 방출이 포함된 경우, 다양한 별 형성 역사(SFHs)가 SED 피팅 결과에 미치는 영향을 평가하기 위해.
• 일반적인 가정, 즉 일정한 별 형성 역사와 100 Myr 이상의 나이가 고적색도 LBGs에 대해 타당한지 테스트하기 위해.

제안 방법

• 깊은 $U$-대역에서 8 $\mu$m 광도를 사용하여 GOODS-MUSIC 목록의 약 1700개 LBGs에 대한 SED 피팅.
• HII 영역에서 유래하는 난방선 방출(선 강도 및 연속기여 포함)을 자발적으로 통합하는 SED 피팅 도구의 구현.
• 일정, 증가, 지연, 간헐적 모델을 포함한 광범위한 별 형성 역사 탐색.
• 난방선 방출 포함 여부에 따라 결과를 비교하여 매개변수 추정의 체계적 편향을 정량화하기 위해.
• dust 흡수에 대한 $\beta$-경사 관계를 사용하되, 모델 일관성 기반으로 업데이트된 가정을 적용하기 위해.
• 다양한 모델 가정 하에서 매개변수 분포 및 SFR--$M_\star$ 관계의 산란에 대한 통계적 분석.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 난방선 방출을 포함할 경우, $z\sim3$--6 LBGs의 유추된 물리적 매개변수(별질량, 나이, -dust, SFR)는 어떻게 변화하는가?
• RQ2 $z\sim3$--6 LBGs 중 얼마나 많은 비율이 검출 가능한 난방선 방출을 보이며, 이 비율은 적색도에 따라 어떻게 변화하는가?
• RQ3 난방선 방출이 포함된 경우, 다양한 별 형성 역사(예: 간헐적, 짧은 시간 스케일 폭발)가 SED 피팅 결과에 어느 정도의 영향을 미치는가?
• RQ4 100 Myr 이상의 시간 스케일에서 일정한 별 형성 역사를 가정하는 것은 고적색도 LBGs에 대해 타당한가, 아니면 관측된 SED와 일치하지 않는가?
• RQ5 난방선 방출은 $z\sim3$--6에서 SFR--$M_\star$ 관계의 산란과 진화에 어떻게 영향을 미치는가?

주요 결과

• 난방선 방출은 약 두 분의 일 이상의 $z\sim3$--6 LBGs의 유추된 물리적 매개변수에 유의미한 영향을 미치며, 이는 나이가 <50 Myr로 더 젊어지고 별질량이 낮아지는 결과를 초래한다.
• 약 65%의 LBGs에서 검출 가능한 방출선이 관측되며, 이는 활발하거나 폭발적인 별 형성과 관련이 있으며, 약 35%는 약한 또는 방출선이 없는 경우로, 더 잠재적인 시스템을 시사한다.
• 난방선 방출을 포함할 경우, 추정된 -dust 흡수는 높아지고, 별 형성률(SFR)은 증가하며, SFR--$M_\star$ 관계의 산란도 증가한다.
• 특정 별 형성률(sSFR)은 적색도 증가와 함께 증가하며, 현대 은하 진화 모델의 예측과 일치한다.
• 간헐적 또는 짧은 시간 스케일 별 형성 역사를 가진 모델이 강한 방출선에 영향을 받는 색인덱스에서 관측된 SED를 더 잘 재현한다.
• 표준 '주요 시퀀스' 별 형성 모델은 $z\gtrsim3$에서는 지원되지 않으며, 대신 다양한 SFHs와 난방선 방출 효과로 자연스럽게 산란이 설명된다.