[논문 리뷰] Star Formation Rate Determinations

D. Calzetti|ArXiv.org|2007. 07. 03.

Astronomy and Astrophysical Research인용 수 7

한 줄 요약

이 논문은 자외선에서 적외선 스펙트럼에 걸쳐 별 형성률(SFR) 지표를 검토하며, 주로 24 μm 복사와 같은 중간 적외선(MIR) 지표를 강조한다. 24 μm 복사 함수와 Hα + 24 μm 복사 함수를 조합한 SFR 보정 관계를 제시하여, 금속성과 별 집단 효과에 대해 강건하며 약 2배의 불확도를 보이며, 고 redshift 및 먼지가 많은 은하에 이상적임을 보여준다.

ABSTRACT

I review determinations of star formation rates (SFR) from the ultraviolet to the infrared, in the context of their use for galaxies and galaxy surveys. The mid-infrared SFR indicators have garnered interest in recent years thanks to the Spitzer capabilities and the opportunities offered by the upcoming Herschel Space Telescope. I discuss what we have learned in the mid-infrared from studies of local galaxies combining Spitzer with HST and other data.

연구 동기 및 목표

• 자외선에서 적외선 스펙트럼에 걸쳐 SFR 지표의 신뢰성을 평가하고, 특히 먼지가 많고 고 redshift 은하에서의 적용을 목적으로 한다.
• 먼지 감쇠, 별 집단 혼합, 금속성 변화로 인한 SFR 측정의 체계적 불확도를 다루는 것.
• 환경적 요인과 별 집단 효과에 민감도가 낮은 중간 적외선(24 μm) 및 Hα + 24 μm 조합 SFR 지표를 보정하는 것.
• Spitzer 및 Herschel 데이터를 주로 사용하는 은하 조사에 활용할 수 있는 강력하고 경험적으로 보정된 SFR 지표를 제공하는 것.

제안 방법

• SINGS 조사에서 지역 은하의 다중 파장 데이터를 사용하여 자외선, 가시광선(Hα), 적외선(24 μm) 복사 함수를 분석한다.
• 이완선 비율(Hα/Hβ 등) 기반의 먼지 감쇠 보정을 통해 자외선 및 Hα 복사 함수에서 내재된 SFR를 유도한다.
• 비선형 SFR 보정 관계를 유도: SFR = 1.24×10⁻³⁸ × [L(24 μm)]⁰.⁸⁸로, 복사 함수 밀도에서 3.5 디아드의 범위에서 유효하다.
• Hα(은폐되지 않은 SFR)와 24 μm(먼지에 의해 은폐된 SFR) 복사 함수를 조합하여 단일 SFR 지표로 사용: SFR = 5.3×10⁻⁴² × [L(Hα) + 0.031×L(24 μm)].
• 금속성, 먼지 대 기체 비율, 별 집단 연령 변화에 대한 SFR 지표의 강건성을 시험한다.
• 지역 은하의 알려진 SFR를 사용하여 보정을 검증하고, 기존 모델(Draine & Li 2006; Kennicutt et al. 2007)과 비교한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 먼지 감쇠와 기하학적 요소가 자외선 기반 SFR 측정에 미치는 영향은 무엇이며, 가장 효과적인 보정 방법은 무엇인가?
• RQ2 금속성이 중간 적외선(24 μm) SFR 지표에 얼마나 영향을 미치며, 이를 보정할 수 있는가?
• RQ3 Hα + 24 μm 조합 SFR 지표는 별 집단 혼합과 금속성 변화에 민감도를 낮출 수 있는가?
• RQ4 24 μm 복사 함수와 SFR 사이의 비선형 관계는 어떻게 유도되며, 이를 이끌어내는 물리적 메커니즘은 무엇인가?
• RQ5 희박한 적외선 복사 영역 샘플링에서의 외삽에 따른 SFR 지표의 체계적 불확도는 무엇인가?

주요 결과

• 24 μm SFR 보정 관계(SFR = 1.24×10⁻³⁸ × [L(24 μm)]⁰.⁸⁸)는 복사 함수 밀도에서 3.5 디아드의 범위에서 강건하며, 금속성 10배 감소에 대해 복사 함수가 약 2–4배 감소함을 보여준다.
• Hα + 24 μm 조합 SFR 지표(SFR = 5.3×10⁻⁴² × [L(Hα) + 0.031×L(24 μm)])는 금속성과 별 집단 혼합에 민감하지 않으며, 기울기가 1에 가까운 최적의 적합을 보이고, LIRG 복사 함수 수준까지 1:1 일치함을 보인다.
• 고 복사 함수 밀도에서 Hα + 24 μm 지표의 선형성 이탈은 증가하는 먼지 온도로 인해 24 μm 복사 함수의 지배적 기여 증가로 인해 발생한다.
• 8 μm 복사 함수는 금속성에 매우 민감하며(10배 금속성 변화에 대해 최대 30배 변화), 별 집단 혼합에 대해서도 몇 배 변화를 보이며, SFR 지표로는 부적절하다.
• 중간 적외선(24 μm)에서 먼지 재처리 과정은 자외선 복사보다 이온화 광자 생성과 더 직접적으로 연관되어 있어 현재 별 형성의 지표로 더 우수하다.
• 24 μm 및 Hα + 24 μm SFR 지표는 약 2배의 불확도를 보이며, 은하 외부 조사에 있어 가장 신뢰할 수 있는 지표 중 하나이다.