[논문 리뷰] Strong PAH Emission from z~2 ULIRGs

Vandana Desai, B. T. Soifer외 16명|arXiv (Cornell University)|2009. 05. 26.

Astrophysics and Star Formation Studies인용 수 32

한 줄 요약

이 연구는 Spitzer IRS 분광법을 사용하여 z≈2에서의 고적색 이동을 가진 23개의 ULIRG 중 20개가 강한 다환화합물(PAH) 방출을 보이며, 강한 항성 형성 활동을 나타냄을 보여준다. z≈1.9에서의 좁은 적색 이동 피크는 7.7 μm PAH 특징이 24 μm 복사원을 증폭시켜 발생하며, 이는 1.6 μm 항성 뾰족함이 z≈2에서 은폐된 항성 폭발을 효과적으로 선택하는 도구임을 확인한다. 유도된 항성 형성 속도는 1000–8500 M⊙ yr⁻¹이다.

ABSTRACT

Using the Infrared Spectrograph on board the Spitzer Space Telescope, we present low-resolution (64 < lambda / dlambda < 124), mid-infrared (20-38 micron) spectra of 23 high-redshift ULIRGs detected in the Bootes field of the NOAO Deep Wide-Field Survey. All of the sources were selected to have 1) fnu(24 micron) > 0.5 mJy; 2) R-[24] > 14 Vega mag; and 3) a prominent rest-frame 1.6 micron stellar photospheric feature redshifted into Spitzer's 3-8 micron IRAC bands. Of these, 20 show emission from polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs), usually interpreted as signatures of star formation. The PAH features indicate redshifts in the range 1.5 < z < 3.0, with a mean of =1.96 and a dispersion of 0.30. Based on local templates, these sources have extremely large infrared luminosities, comparable to that of submillimeter galaxies. Our results confirm previous indications that the rest-frame 1.6 micron stellar bump can be efficiently used to select highly obscured starforming galaxies at z~2, and that the fraction of starburst-dominated ULIRGs increases to faint 24 micron flux densities. Using local templates, we find that the observed narrow redshift distribution is due to the fact that the 24 micron detectability of PAH-rich sources peaks sharply at z = 1.9. We can analogously explain the broader redshift distribution of Spitzer-detected AGN-dominated ULIRGs based on the shapes of their SEDs. Finally, we conclude that z~2 sources with a detectable 1.6 micron stellar opacity feature lack sufficient AGN emission to veil the 7.7 micron PAH band.

연구 동기 및 목표

• 1.6 μm 항성 뾰족함을 통해 선택된 고적색 이동, 먼지로 가려진 ULIRG에서 주요 에너지원(항성 형성 대비 AGN)을 규명하기 위해.
• 1.6 μm 항성 껍질 특징이 z≈2에서 항성 형성 은하를 효율적으로 선택할 수 있는지 시험하기 위해.
• 지역 SED 템플릿을 사용하여 이러한 소스의 관측된 좁은 적색 이동 분포를 설명하기 위해.
• z≈2에서 PAH 방출을 보이는 ULIRG의 항성 형성 속도와 적외선 빛의 강도를 정량화하기 위해.
• 고적색 이동 먼지 은하에서 AGN 활동과 PAH 특징 탐지 가능성 간의 관계를 조사하기 위해.

제안 방법

• 23개의 고적색 이동 ULIRG에 대해 Spitzer 적외선 분광계(IRS)를 사용하여 저해상도 중적외선(20–38 μm) 분광법을 확보하였다.
• 소스는 24 μm 복사원 >0.5 mJy, R–[24] >14 mag, 그리고 IRAC 대역에서 적색 이동된 1.6 μm 항성 뾰족함에 기반하여 선택되었다.
• 7.7 μm 및 11.3 μm에서의 PAH 방출 특징을 사용하여 적색 이동을 결정하고 항성 형성 지배 여부를 평가하였다.
• 지역 SED 템플릿을 적용하여 적외선 빛의 강도와 항성 형성 속도를 추정하였다.
• 적색 이동 분포는 7.7 μm PAH 특징과 9.7 μm 실리케이트 흡수 특징이 24 μm 복사원 반응에 미치는 영향을 시뮬레이션하여 모델링하였다.
• AGN 지배적 파wr-법 SED와 X선 데이터를 비교하여 PAH 방출 소스에서 AGN 기여가 낮음을 확인하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 1.6 μm 항성 뾰족함에 의해 선택된 고적색 이동 ULIRG에서 항성 형성의 징후인 강한 PAH 방출이 나타나는가?
• RQ2 이 소스들의 적색 이동 분포가 왜 z≈1.9에서 좁게 집중되어 있는가?
• RQ3 이 소스들에서 적외선 빛의 강도에 대한 항성 형성과 AGN의 상대 기여는 얼마인가?
• RQ4 고적색 이동 먼지 은하에서 PAH 특징 탐지 가능성은 AGN 활동과 어떻게 관련되어 있는가?
• RQ5 유도된 항성 형성 속도는 지역 템플릿과 일치하는가, 아니면 고적색 이동에서 항성 형성 법칙의 진화가 극단적인 빛의 강도를 설명하는가?

주요 결과

• 23개의 ULIRG 중 20개(87%)가 강한 PAH 방출을 보이며, 1.6 μm 항성 뾰족함이 z≈2에서 항성 형성 은하를 효과적으로 선택하는 도구임을 확인한다.
• 표본의 평균 적색 이동은 ⟨z⟩=1.96이며 표준편차는 0.30이다. 좁은 분포는 7.7 μm PAH 특징이 24 μm 복사원을 증폭시켜 z≈1.9에서 피크를 이룬다.
• 유도된 적외선 빛의 강도는 (6–50)×10¹² L⊙이며, 항성 형성으로 인한 것으로 가정할 경우 항성 형성 속도는 1000–8500 M⊙ yr⁻¹이다.
• PAH가 풍부한 소스는 24 μm 복사원이 더 약한 경우에 더 흔하며, 이는 항성 폭발 지배 ULIRG가 24 μm 소스 함수의 어두운 끝을 차지하고 있음을 시사한다.
• 강한 AGN가 없는 것은 2.5 μm 초과가 없고, 강한 AGN에 의해 파괴될 수 있는 7.7 μm PAH 특징이 유지된다는 점에서 확인된다.
• AGN 지배 ULIRG의 적색 이동 분포도 9.7 μm 실리케이트 흡수 특징에 의해 유사하게 형성되며, 이는 z≈1.5에서 24 μm 복사원을 억제한다.