[논문 리뷰] Revealing the cold dust in low-metallicity environments: I - Photometry analysis of the Dwarf Galaxy Survey with Herschel

A. Rémy-Ruyer, S. C. Madden외 23명|Ghent University Academic Bibliography (Ghent University)|2013. 09. 05.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 138인용 수 79

한 줄 요약

이 연구는 허셸 위성의 PACS 및 SPIRE 기구로 관측한 48개의 저중성도 저항성은하에 대한 허셸 광도 측정을 제시하며, 수정된 블랙바디 피팅을 통해 적외선에서 밀리미터파에 이르는 먼지 성질을 분석한다. 이는 중간값 온도 T ≈ 32 K로 더 따뜻한 먼지, KINGFISH 샘플의 0.1% 대비 0.02%로 낮은 먼지-은하질량 비율, 그리고 500 µm에서 검출된 은하의 41%에서 나타나는 상당한 밀리미터파 초과(최대 150%)를 드러내며, 특히 저중성도 시스템에서 가장 뚜렷하다. 이는 더 긴 파장 관측이 필요함을 시사한다.

ABSTRACT

We present new photometric data from our Herschel Key Programme, the Dwarf Galaxy Survey (DGS), dedicated to the observation of the gas and dust in 48 low-metallicity environments. They were observed with PACS and SPIRE onboard Herschel at 70,100,160,250,350, and 500 microns. We focus on a systematic comparison of the derived FIR properties (FIR luminosity, dust mass, dust temperature and emissivity index) with more metal-rich galaxies and investigate the detection of a potential submm excess. The data reduction method is adapted for each galaxy to derive the most reliable photometry from the final maps. PACS flux densities are compared with the MIPS 70 and 160 microns bands. We use colour-colour diagrams and modified blackbody fitting procedures to determine the dust properties of the DGS galaxies. We also include galaxies from the Herschel KINGFISH sample, containing more metal-rich environments, totalling 109 galaxies. The location of the DGS galaxies on Herschel colour-colour diagrams highlights the differences in global environments of low-metallicity galaxies. The dust in DGS galaxies is generally warmer than in KINGFISH galaxies (T_DGS~32 K, T_KINGFISH~23 K). The emissivity index, beta, is ~1.7 in the DGS, but metallicity does not make a strong effect on beta. The dust-to-stellar mass ratio is lower in low-metallicity galaxies: M_dust/M_star~0.02% for the DGS vs 0.1% for KINGFISH. Per unit dust mass, dwarf galaxies emit ~6 times more in the FIR than higher metallicity galaxies. Out of the 22 DGS galaxies detected at 500 micron, 41% present an excess in the submm not explained by our dust SED model. The excess mainly appears in lower metallicity galaxies (12+log(O/H) < 8.3), and the strongest excesses are detected in the most metal-poor galaxies. We stress the need for observations longwards of the Herschel wavelengths to detect any submm excess appearing beyond 500 micron.

연구 동기 및 목표

• 허셸 위성의 PACS 및 SPIRE 기구로 관측한 48개의 저중성도 저항성은하에 대한 신뢰할 수 있는 적외선-중간파장 광도 측정을 제공하기 위해.
• 이 저항성은하의 적외선-중간파장 먼지 성질을 KINGFISH 샘플(총 109개 은하 포함)의 더 중성도가 높은 은하들과 비교하기 위해.
• 저중성도 환경에서 잠재적인 밀리미터파 초과의 존재와 기원을 조사하기 위해.
• 중성도에 따른 먼지 온도, 발산 지수, 먼지 질량의 의존성 조사하기 위해.
• 저항성은하에서 단위 먼지 질량당 먼지 복사장의 영향을 평가하기 위해.

제안 방법

• 각 은하에 맞춤형 데이터 처리를 통해 70, 100, 160, 250, 350, 500 µm에서 허셸 맵으로부터 가장 정확한 복사 밀도를 유도하기 위해.
• 허셸 PACS 복사 밀도를 스피처 MIPS 70 및 160 µm 대역과 교정하여 광도 일관성 확보하기 위해.
• DGS 은하의 적외선-중간파장 스펙트럼 에너지 분포(SED) 행동을 분석하기 위해 허셸 색상-색상 다이어그램 사용하기 위해.
• 수정된 블랙바디 피팅을 통해 먼지 온도(T), 발산 지수(β), 먼지 질량(M_dust), 적외선-중간파장 루미노시티(L_FIR)) 유도하기 위해.
• DGS 결과를 중성도가 높은 KINGFISH 샘플과 비교하여 먼지 성질의 중성도 유도 차이를 분리하기 위해.
• 수정된 블랙바디 모델을 가정하고 β_theo = 2.0일 때 예측된 값과 비교하여 500 µm 복사 밀도를 관측한 결과와의 비교를 통해 밀리미터파 초과의 통계적 분석 수행하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 저중성도 저항성은하의 먼지 온도와 발산 지수는 더 중성도가 높은 은하들과 비교해 어떻게 다를까?
• RQ2 저중성도 저항성은하에서 먼지 질량과 은하질량의 관계는 중성도가 높은 은하들과 비교해 어떻게 다를까?
• RQ3 저항성은하의 적외선-중간파장 복사가 표준 수정된 블랙바디 모델 예측을 얼마나 초월하는가?
• RQ4 밀리미터파 초과는 중성도 감소와 상관관계가 있는가, 특히 가장 저중성도 시스템에서 그렇다면?
• RQ5 저중성도 은하의 밀리미터파 초과를 완전히 규명하기 위해 500 µm를 초월하는 더 긴 파장 관측이 필요한가?

주요 결과

• DGS 샘플의 중간값 먼지 온도는 약 32 K로, KINGFISH 샘플의 23 K 중간값보다 뚜렷하게 따뜻하며, 중성도가 낮을수록 온도가 증가하는 명백한 경향이 있다.
• DGS 은하에서 먼지-은하질량 비율은 0.02%에 불과하여 KINGFISH 은하에서 관측된 0.1%보다 상당히 낮아, 저중성도 환경에서 단위 은하질량당 먼지가 적다는 것을 시사한다.
• 낮은 먼지 질량에도 불구하고 저항성은하는 중성도가 높은 은하보다 단위 먼지 질량당 약 6배 더 많은 적외선-중간파장 루미노시티를 방출하며, 먼지 입자에 대한 복사장의 영향력이 더 크다는 것을 나타낸다.
• 500 µm에서 검출된 22개의 DGS 은하 중 41%는 β = 2.0인 수정된 블랙바디 모델 예측을 초월하는 밀리미터파 초과를 보이며, 가장 저중성도 시스템에서는 초과가 최대 150%에 이른다.
• 밀리미터파 초과는 12+log(O/H) ≤ 8.3인 은하에서 가장 두드러지게 나타나며, 저중성도와 장파장 밀리미터파 영역에서의 초과 복사 간 강한 연관성이 있음을 시사한다.
• 이 연구는 밀리미터파 초과를 완전히 규명하기 위해 500 µm를 초월하는 파장에서의 관측이 반드시 필요하다고 강조하며, 이는 초과가 허셸의 가장 긴 파장 대역을 초월할 때 비로소 드러날 수 있음을 시사한다.