[논문 리뷰] The 12um ISO-ESO-Sculptor and 24um Spitzer faint counts reveal a population of ULIRG/AGN/dusty massive ellipticals Evolution by types and cosmic star formation

B. Rocca‐Volmerange, V. de Lapparent외 2명|arXiv (Cornell University)|2007. 05. 14.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 1인용 수 8

한 줄 요약

이 논문은 질량이 큰 타원은하의 소수(9%)가 강한-dust 복사와 함께 초광명 적외선 은하(ULIRG)로 진화함을 제안하며, ISO와 스피티저의 12 μm 및 24 μm 은하 수의 초과를 설명한다. 이 시나리오는 PÉGASE.3 모델 기반으로, 추가적인 항성 폭발이 필요 없이 중간 적외선 수와 옵티컬 희미 수를 동시에 맞추며, 고적색도에서 질량이 큰 타원은하의 후손으로서 ULIRG를 연결한다.

ABSTRACT

Multi-wavelength galaxy number counts provide clues on the nature of galaxy evolution. The interpretation per galaxy type with the new code PEGASE.3 of the 12mu (ISO) and 24mu (Spitzer) faint galaxy counts provide new constraints on the dust and stellar emission. It also reveals the nature of ULIRGs (L/Lsun > 10^12) and informs on the cosmic star formation history and the time-scales for mass build-up. We firstly present the faint galaxy counts at 12um derived from the catalogue of the ISO-ESO-Sculptor Survey (ISO-ESS) in a companion paper (Seymour et al. 2007) which go down to 0.24 mJy after corrections for incompleteness. We check that they are consistent with ISO number counts at 15um. Secondly we show that the ``normal'' scenarios which fit the deep UV-optical-near-IR counts with PEGASE.2 (Fioc et al. 1999), are unsuccessful in modelling the strong excess simultaneously observed in the cumulative and differential counts at 12um, 15um and 24um. Based on observed 12mu and 25mu IRAS luminosity functions and optical/mid-IR colors, we finally succeed in modelling cumulative and differential counts by only changing 9% of normal galaxies (1/3 of the ellipticals) into ultra-bright dusty elliptical galaxies, interpreted as ULIRGs. This ULIRG population has similarities with high-z radio-galaxy hosts. No number density evolution is included. The Herschel observatory will hopefully confirm these results.

연구 동기 및 목표

• ISO 및 스피티저 설문조사에서 관측된 12 μm 및 24 μm 은하 수의 초과를 일관된 진화 모델을 사용해 해석하기 위해.
• 특히 희미한 광도 수준에서 중간 적외선 초과를 일으키는 주요 은하 집단을 규명하기 위해.
• 표준 은하 진화 시나리오가 자외선에서 중간 적외선 파장에 걸쳐 관측된 수를 재현할 수 있는지 테스트하기 위해.
• 초과가 희귀하고 높은 빛나는 집단 때문인지, 아니면 수정된 빛나는 정도를 가진 표준 진화 과정 때문인지 판단하기 위해.
• 다중 파장 수를 사용하여 우주의 항성 형성 역사를 및 질량 구축 timescale을 제약하기 위해.

제안 방법

• ISO-ESO-Sculptor 설문조사(ISO-ESS)의 12 μm 데이터를 사용하여, 0.24 mJy까지 누적 및 미분 수를 도출하기 위해 부족한 점수를 보정하였다.
• 파장 보정 후 기존의 15 μm ISO 수와 비교하여, 0.3 mJy에서 일관성과 초과를 확인하였다.
• PÉGASE.3 진화 코드를 적용하여 스펙트럼 에너지 분포를 모델링하였으며, 은하 유형 전반에 걸쳐 먼지 복사, 항성 형성, 금속 농도 증가 및 투명도를 포함하였다.
• 관측된 수와 일치시키기 위해, 타원은하의 9% (모든 타원은하의 1/3)의 12 μm 빛나는 정도를 초광명, 먼지가 많은 ULIRG 유사 수준으로 조정하였다.
• UV-옵티컬-NIR 희미 수(최소 B > 29)에 모델을 테스트하여, HDF-N과 같은 옵티컬 설문조사와의 일관성을 확보하였다.
• AGN 및 항성 폭발 기여의 영향을 평가하여, 임베디드 AGN 또는 단기 폭발이 수를 설명하기 위해 필요하지 않음을 결론 내렸다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 ISO 및 스피티저에서 관측된 12 μm 및 24 μm 은하 수의 초과를 설명하는 은하 집단은 무엇인가요?
• RQ2 항성 형성 및 먼지 복사를 포함한 표준 은하 진화 시나리오가 새로운 성분을 도입하지 않고도 중간 적외선 수를 재현할 수 있나요?
• RQ3 관측된 12 μm 및 24 μm 수와 일치시키기 위해, 질량이 큰 타원은하의 몇 퍼센트가 ULIRG로 진화해야 합니까?
• RQ4 중간 적외선 초과는 수 밀도 진화 때문인지, 아니면 소수의 매우 먼지가 많은 집단의 빛나는 정도 진화로 설명될 수 있나요?
• RQ5 유도된 ULIRG 특성은 고적색도 라디오 은하 및 질량이 큰 타원은하의 후손과 어떻게 비교될 수 있나요?

주요 결과

• 부족한 점수를 보정한 12 μm ISO-ESS 수는 0.3 mJy에서 유의미한 초과를 보이며, 다른 ISO 및 스피티저 설문조사와 일관된다.
• 12 μm 및 24 μm 수의 초과는 타원은하의 9%의 12 μm 빛나는 정도를 약 2.5 mag(24 μm에서 최대 5 mag) 증가시킴으로써 동시에 설명되며, 다른 은하 유형은 변화 없이 유지된다.
• 이 수정된 은하들은 ULIRG 유사 특성을 보인다: 높은 먼지 질량, 높은 적외선 빛나는 정도, 일반적인 타원은하와 유사한 옵티컬 외관.
• 모델은 12 μm, 15 μm (ISO), 24 μm (스피티저)에 걸친 누적 및 미분 수를 동시에 잘 맞추며, 파장 간에 강건함을 확인한다.
• 추가적인 항성 폭발이나 수 밀도 진화가 필요 없으며, 초과는 소수의 먼지가 많은 타원은하 집단의 빛나는 정도 진화로만 설명된다.
• 결과는 고적색도(z > 5)에서 급속한 소산적 붕괴 또는 합성 기반 진화를 지지하며, ULIRG는 질량이 큰 타원은하의 후손으로서, 먼지가 많은 은하의 K-z도 경향과 일치한다.