[논문 리뷰] The H alpha Galaxy Survey. IV. Star formation in the local Universe

P. A. James, J. H. Knapen외 3명|ArXiv.org|2008. 02. 29.

Stellar, planetary, and galactic studies인용 수 27

한 줄 요약

이 연구는 H𝛼 은하 조사에서 확보한 H𝛼 이미징 자료를 활용하여 국지 우주(3000 km s⁻¹ 이내)의 필드 은하에서의 성간 형성에 대한 종합적 분석을 제시한다. B-band 빛의 강도를 항성 형성률로 캘리브레이션하고, 327개 은하의 표본에 몬테카를로 시뮬레이션을 적용함으로써 총 항성 형성률 밀도는 0.016–0.023 M⊙ yr⁻¹ Mpc⁻³로 추정되었으며, 이 중 75–80%가 은하 중심으로부터 1 kpc 이상 떨어진 디스크 영역에서 발생한다. 또한 밝은 나선은하(MB ≈ –20 mag)가 항성 형성에 주로 기여하며, 어두운 왜소은하는 총 항성 형성률 밀도의 10% 미만을 기여한다.

ABSTRACT

We present an analysis of the star formation properties of field galaxies within the local volume out to a recession velocity limit of 3000 km/s. A parent sample of 863 star-forming galaxies is used to calculate a B-band luminosity function. This is then populated with star formation information from a subsample of 327 galaxies, for which we have H alpha imaging, firstly by calibrating a relationship between galaxy B-band luminosity and star formation rate, and secondly by a Monte Carlo simulation of a representative sample of galaxies, in which star formation information is randomly sampled from the observed subset. The total star formation rate density of the local Universe is found to be between 0.016 and 0.023 MSun/yr/cubic Mpc, with the uncertainties being dominated by the internal extinction correction used in converting measured H alpha fluxes to star formation rates. If our internally derived B-band luminosity function is replaced by one from the Sloan Digital Sky Survey blue sequence, the star formation rate densities are approx. 60% of the above values. We also calculate the contribution to the total star formation rate density from galaxies of different luminosities and Hubble T-types. The largest contribution comes from bright galaxies with B absolute mag of approx. -20 mag, and the total contribution from galaxies fainter than -15.5 mag is less than 10%. Almost 60% of the star formation rate density comes from galaxies of types Sb, Sbc or Sc; 9% from galaxies earlier than Sb and 33% from galaxies later than Sc. Finally, 75 - 80% of the total star formation in the local Universe is shown to be occurring in disk regions, defined as being >1 kpc from the centres of galaxies.

연구 동기 및 목표

• 국지 우주에서 볼륨 제한된 필드 은하 표본을 사용하여 총 항성 형성률 밀도(SFRD)를 결정하기 위해.
• 다양한 빛의 강도와 허블 유형을 가진 은하들이 총 SFRD에 기여하는 정도를 평가하기 위해.
• 은하 내부에서 항성 형성의 공간 분포를 정량화하여 부두 영역과 디스크 영역을 구분하기 위해.
• 다른 지표와 표본을 사용한 다른 대규모 조사와 비교하여 H𝛼 은하 조사에서 유도된 SFRD 추정치를 비교하기 위해.
• 크기, 지름, 속도 선택 기준으로 인한 표본의 부족함을 보정하여 통계적 분석이 신뢰성 있게 수행될 수 있도록 하기 위해.

제안 방법

• 모체 표본으로서 863개의 항성 형성 은하가 UGC 목록에서 크기, 지름, 후퇴 속도 한계(v < 3000 km s⁻¹) 조건을 만족하는 바탕으로 선정되었다.
• 모체 표본에서 B-band 빛의 강도 함수를 유도하여 전체 은하 인구 분포를 모델링하였다.
• 327개 은하의 부분 표본에서의 H𝛼 복사율을 이용하여 B-band 빛의 강도와 항성 형성률 간의 캘리브레이션을 수립하였다.
• 관측된 부분 표본의 SFR 정보를 전체 모체 인구로 확장하기 위해 몬테카를로 시뮬레이션을 사용하였으며, 통계적 표본 오차를 고려했다.
• 관측된 선 복사율을 실제 항성 형성률로 변환하기 위해 내부 흡수 보정을 H𝛼 복사율에 적용하였다.
• 은하의 중심(≤1 kpc)과 디스크 영역(>1 kpc)으로 나누어 공간적으로 해상도 있는 항성 형성 분석을 수행하여 대부분의 항성 형성이 어디에서 발생하는지 평가하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 H𝛼 은하 조사에서 유도된 국지 우주의 총 항성 형성률 밀도는 얼마이며, 다른 문헌 추정치와 어떻게 비교되는가?
• RQ2 어느 정도의 빛의 강도와 형태 유형을 가진 은하가 총 항성 형성률 밀도에 가장 크게 기여하는가?
• RQ3 국지 필드 은하에서 항성 형성의 몇 퍼센트가 은하 중심으로부터 1 kpc 이상 떨어진 디스크 영역에서 발생하는가, 반면 부두 영역에서는 어느 정도인가?
• RQ4 다른 흡수 보정 가정이 유도된 항성 형성률 밀도에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 내부적으로 유도된 빛의 강도 함수 대신 외부 빛의 강도 함수(예: SDSS)를 사용할 경우 SFRD 추정치는 어떻게 변화하는가?

주요 결과

• 국지 우주의 총 항성 형성률 밀도는 0.016–0.023 M⊙ yr⁻¹ Mpc⁻³로 추정되었으며, 주로 내부 흡수 보정에 의한 불확실성에 의해 영향을 받는다.
• 내부적으로 유도된 빛의 강도 함수 대신 SDSS 파란 시퀀스 빛의 강도 함수를 사용할 경우, SFRD는 원래 추정치의 약 60%로 감소하여 0.0130 M⊙ yr⁻¹ Mpc⁻³로 도출된다.
• MB ≈ –20 mag(=L* 나선은하)인 은하가 총 SFRD에 가장 큰 기여를 하며, MB = –15.5 mag 이하로 어두운 은하는 10% 미만 기여한다.
• 전체 SFRD의 약 60%는 허블 유형 Sb, Sbc 또는 Sc에서 기인하며, 33%는 늦은 유형(Scd 이후)에서, 9%는 이른 유형(Sa 이전)에서 기인한다.
• 국지 우주에서 총 항성 형성의 75%에서 80%가 은하 중심으로부터 1 kpc 이상 떨어진 디스크 영역에서 발생하며, 이는 대부분의 항성 형성이 중심 부두에 집중되어 있지 않음을 시사한다.
• 다양한 항성 형성 지표(예: 자외선, H𝛼, 발광선 조사)를 사용한 다른 최신 조사의 SFRD 추정치와 일치하며, 연구 결과의 신뢰성과 탄탄함을 뒷받침한다.