[논문 리뷰] The Herschel Exploitation of Local Galaxy Andromeda (HELGA): IV. Dust scaling relations at sub-kpc resolution

S. Viaene, J. Fritz외 19명|arXiv (Cornell University)|2014. 03. 17.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 107인용 수 43

한 줄 요약

이 연구는 허셀, 가일렉스, 스펙트럼, 위즈, 스피처 데이터를 다중 파장으로 사용하여 앤드로메다 은하(M31)에서 마이크로파라세컨트 해상도 이하의 먼지 스케일링 관계를 조사한다. 먼지 대은하질량 비율이 NUV–r 색과 은하질량 표면 밀도와 강하게 상관됨을 규명하여, 먼지 함량이 국소적이고 현지에서 발생하는 과정에 의해 지배됨을 시사하며, 미세 구조의 다양성에도 불구하고 거시적 영역은 은하 전체의 경향을 따름을 보여준다.

ABSTRACT

The imprints of dust-starlight interactions are visible in scaling relations between stellar characteristics, star formation parameters and dust properties. We aim to examine dust scaling relations on a sub-kpc resolution in the Andromeda galaxy (M31) by comparing the properties on a local and global scale to other galaxies of the local universe. New Herschel observations are combined with available data from GALEX, SDSS, WISE and Spitzer to construct a dataset covering UV to submm wavelengths. We work at the resolution of the SPIRE $500\; μ$m beam, with pixels corresponding to physical regions of 137 x 608 pc in the galaxy's disk. A panchromatic spectral energy distribution was modelled for each pixel and several dust scaling relations are investigated. We find, on a sub-kpc scale, strong correlations between $M_d/M_\star$ and NUV-r, and between $M_d/M_\star$ and $μ_\star$ (the stellar mass surface density). Striking similarities with corresponding relations based on integrated galaxies are found. We decompose M31 in four macro-regions based on their FIR morphology; the bulge, inner disk, star forming ring and the outer disk. All regions closely follow the galaxy-scale average trends. The specific star formation characteristics we derive for these macro-regions give strong hints of an inside-out formation of the bulge-disk geometry, as well as an internal downsizing process. However, within each macro-region, a great diversity in individual micro-regions is found. Furthermore, we confirm that dust in the bulge of M31 is heated only by the old stellar populations. In general, the local dust scaling relations indicate that the dust content in M31 is maintained by a subtle interplay of past and present star formation. The similarity with galaxy-based relations strongly suggests that they are in situ correlations, with underlying processes that must be local in nature. (Abriged)

연구 동기 및 목표

• M31에서 마이크로파라세컨트 해상도에서 먼지 스케일링 관계를 조사하여 먼지, 별, 별 형성 간의 국소적 상호작용을 이해한다.
• M31의 국소적 먼지 성질을 통합 은하 관계와 비교하여 스케일링 법칙이 국소적인지 또는 전지구적 원인을 지닌다고 평가한다.
• 은하의 다양한 영역에서 먼지 함량을 결정짓는 별의 인구와 별 형성 역사를 조사한다.
• M31의 복합체에서 먼지 가열 원인이 최근 별 형성 대신 오래된 별에 의해 이루어지는지 확인한다.

제안 방법

• 허셀 SPIRE, PACS 및 보조 데이터인 가일렉스, 스펙트럼, 위즈, 스피처 데이터를 융합하여 36초보간 해상도(~137×608 pc/픽셀)에서 펜차로믹 SED를 생성한다.
• 모든 이미지를 허셀 SPIRE 500 μm의 beam 크기와 픽셀 그리드로 재샘플링하여 일관된 공간 샘플링을 확보한다.
• 모든 픽셀에서 MAGPHYS를 사용해 SED를 모델링하여 먼지 질량, 은하질량, 별 형성률 및 먼지 대 은하질량 비율을 유도한다.
• 적외선 영역 형태를 기반으로 M31를 네 개의 거시적 영역(복합체, 내부 디스크, 별 형성 링, 외부 디스크)으로 나누어 비교 분석한다.
• 모든 영역과 스케일에서 M_dust/M_★, NUV–r, 및 은하질량 표면 밀도(μ_★) 간의 스케일링 관계를 조사한다.
• 스펙트럼 에너지 분포 분해를 통해 오래된 대비 젊은 별 인구가 먼지 가열에 기여하는 정도를 평가한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 M31에서 마이크로파라세컨트 해상도에서 먼지 스케일링 관계(예: M_dust/M_★ 대 NUV–r 및 μ_★)는 어떻게 행동하는가?
• RQ2 M31의 거시적 영역(복합체, 디스크, 링, 외부 디스크)은 통합 은하의 동일한 스케일링 경향을 따르는가, 아니면 고유한 행동을 보이는가?
• RQ3 M31의 복합체에서 먼지 가열은 오래된 별 인구에 의해 유일하게 이루어지는가, 그 스펙트럼 에너지 분포가 이를 시사하는가?
• RQ4 먼지 함량과 별 형성 성질의 다양성은 전지구적 경향보다 국소적 과정에 의해 얼마나 영향을 받는가?
• RQ5 관측된 스케일링 관계는 가장 작은 척도에서 붕괴되는가, 아니면 마이크로파라세컨트 영역 전역에서 유지되어 국소적 평형 상태를 시사하는가?

주요 결과

• M31의 마이크로파라세컨트 영역 전역에서 M_dust/M_★와 NUV–r 색 사이에 강한 상관관계가 존재하여, 먼지 함량이 최근 별 형성 역사를 밀접하게 반영함을 시사한다.
• M_dust/M_★는 은하질량 표면 밀도(μ_★)와도 상관관계가 있으며, 이는 먼지 함량이 국소적 은하질량 밀도에 따라 비례함을 시사한다.
• M31의 복합체는 오직 오래된 별 인구에 의해 가열되며, 최근 별 형성의 기여가 먼지 가열에 나타나지 않는다.
• 미세 영역 간의 상당한 변동성에도 불구하고, 네 개의 거시적 영역(복합체, 내부 디스크, 별 형성 링, 외부 디스크)은 다른 은하의 동일한 전지구적 스케일링 관계를 밀접하게 따르고 있다.
• 후기형 별 형성 링 내부에 초기형 미세 영역이 존재하고, 반대로 그 반대의 경우도 관측됨으로써, 국소적 조건이 먼지 및 별 형성 성질을 결정짓는 데 있어 전지구적 형태보다 더 우세함을 시사한다.
• 마이크로파라세컨트 척도까지도 스케일링 관계가 뚜렷하게 유지됨을 고려할 때, 먼지-은하질량 스케일링 관계는 전지구적 평형이 아닌 국소 물리 과정에 의해 지배됨을 시사한다.