[논문 리뷰] The dust distribution in edge-on galaxies. Radiative transfer fits of V and K'-band images

S. Bianchi|ArXiv.org|2007. 05. 10.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 36인용 수 57

한 줄 요약

이 연구는 산란을 고려한 복사전달 모델링을 사용하여 일곱 개의 경변성 나선은하의 V 및 K′-대역 이미지를 분석하여,-dust 디스크가 별의 디스크보다 반경 방향으로 더 넓게 퍼져 있고( h_d/h_s ≈ 1.5), 수직으로 더 얇으며( z_d/z_s ≈ 1/3), 면면에서의 광학적 깊이 τ₀ ≈ 0.5–1.5로 낮아 면면에서 거의 투명하다는 것을 발견하였다. K′-대역에서 두 번째로 질량이 크고 얇은 먼지 디스크의 증거는 발견되지 않았으며, 이는 밑줄맞춤 밀리미터파 먼지 방출이 오히려 증폭된 방출성과 덩어리진 또는 광학적으로 두꺼운 먼지 덩어리에서 기인할 수 있음을 시사한다.

ABSTRACT

Aims: I have analyzed a sample of seven nearby edge-on galaxies observed in the V and K'-band, in order to infer the properties of the dust distribution. Methods: A radiative transfer model, including scattering, have been used to decompose each image into a stellar disk, a bulge, and a dust disk. The parameters describing the distributions have been obtained through standard X^2 minimization techniques. Results: The dust disks fitted to the V-band images are consistent with previous work in literature: the radial scalelength of dust is larger than that for stars (h_d/h_s ~ 1.5); the dust disk has a smaller vertical scalelength than the stellar (z_d/z_s ~ 1/3); the dust disk is almost transparent when seen face-on (central, face-on, optical depth tau_0 =0.5-1.5). Faster radiative transfer models which neglect scattering can produce equivalent fits, with changes in the derived parameters within the accuracy of full fits including scattering. In the K'-band, no trace is found of a second, massive, dust disk which has been invoked to explain observations of dust emission in the submillimeter. I discuss the model degeneracies and the effect of complex structures on the fitted distributions. In particular, most bulges in the sample show a box/peanuts morphology with large residuals; two lower-inclination galaxies show a dust ring distribution, which could be the cause for the large fitted dust scalelengths.

연구 동기 및 목표

• 다중 대역 이미징과 복사전달 모델링을 이용하여 경변성 나선은하의 3차원 먼지 분포를 규명하는 것.
• 이전에 밑줄맞춤 밀리미터파 방출을 설명하기 위해 제안된 바 있는 두 번째로 질량이 크고 얇은 먼지 디스크가 근적외선(K′-대역) 관측에서 감지 가능한지 테스트하는 것.
• 박스/피ーブ럼 터널, 먼지 고리 등 구조적 복잡성의 복사전달 피팅 결과에 미치는 영향을 평가하는 것.
• 산란 효과가 산만한 모델에 비해 유의적으로 유도된 먼지 파rameter를 변화시키는지 평가하는 것.

제안 방법

• V 및 K′-대역 이미지에 산만한 흡수와 산란을 포함한 3차원 복사전달 모델을 적용하였다.
• 모델은 각 은하 이미지를 세 구성요소로 분해하였다: 별 디스크, 구형 터널, 먼지 디스크로, 각각 반경 및 수직 방향 지수 분포를 가졌다.
• 관측된 표면 밝기 프로파일에 최적화하기 위해 χ² 최소화를 통해 척도 길이, 척도 높이, 광학적 깊이 등의 파rameter를 유도하였다.
• 산만함이 포함된 모델과 포함되지 않은 모델을 비교하여 그 영향을 평가하기 위해 모델을 테스트하였다.
• 고해상도, 깊은 K′-대역 이미지에서 두 번째로 얇은 먼지 디스크의 잠재적 징후를 탐지하기 위해 피팅을 수행하였다.
• 모델의 다중해석성과 복잡한 구조(예: 먼지 고리, 박스/피브럼 터널)의 영향을 체계적으로 평가하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 이전에 밑줄맞춤 밀리미터파 먼지 방출을 설명하기 위해 제안된 두 번째로 얇고 질량이 큰 먼지 디스크는 경변성 나선은하의 K′-대역 이미지에서 감지 가능한가?
• RQ2 경변성 나선은하에서 먼지 디스크의 반경 및 수직 척도 길이가 별 디스크와 비교하여 어떻게 되는가?
• RQ3 박스/피브럼 터널이나 먼지 고리와 같은 구조적 복잡성이 유도된 먼지 디스크 파rameter에 어느 정도의 영향을 미치는가?
• RQ4 산만함을 복사전달 모델에 포함할 경우, 산만함을 무시하는 모델에 비해 유의적으로 유도된 먼지 파rameter가 변화하는가?
• RQ5 흡수된 별의 복사 에너지와 재방출된 적외선 복사 에너지 간의 에너지 균형 손실은 추가적인 먼지 디스크가 아닌, 먼지 덩어리화 또는 증폭된 방출성으로 해결될 수 있는가?

주요 결과

• V-대역에서 먼지 디스크의 반경 척도 길이는 별 디스크보다 약 1.5배 더 길다( h_d/h_s ≈ 1.5), 이는 더 넓게 퍼져 있는 반경 분포를 나타낸다.
• 먼지 디스크는 별 디스크보다 수직으로 더 얇으며, 수직 척도 높이 비율은 약 1/3이다( z_d/z_s ≈ 1/3).
• 면면에서의 먼지 디스크 광학적 깊이는 낮다( τ₀ ≈ 0.5–1.5), 면면에서 거의 투명하다는 것을 확인한다.
• K′-대역에서 두 번째로 얇고 질량이 큰 먼지 디스크의 증거는 발견되지 않았으며, 이는 이전 모델에서 밑줄맞춤 밀리미터파 방출을 설명하기 위해 이러한 성분을 도입한 것과 모순된다.
• 박스/피브럼 터널은 유일한 예외를 제외한 모든 은하에서 발견되었으며, 이는 잔차를 크게 만들고 먼지 디스크 파ram터 추정치에 편향을 줄 수 있다.
• 낮은 기울기의 두 은하에서 먼지 고리가 관측되었으며, 이는 고리의 흡수 피크가 은하 중심에서 이격되어 있어 유도된 먼지 척도 길이가 비정상적으로 크게 나타나는 것을 설명할 수 있다.