[논문 리뷰] The MOSDEF Survey: Measurements of Balmer Decrements and the Dust Attenuation Curve at Redshifts z~1.4-2.6

Naveen A. Reddy, Mariska Kriek외 8명|arXiv (Cornell University)|2015. 04. 10.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena인용 수 9

한 줄 요약

이 연구는 MOSDEF 조사에서 확보한 깊은 적외선 스펙트로스코피를 활용하여, 고적색도(z~1.4–2.6)의 은하성 형성 은하 224개에서 먼지 감쇠 곡선을 측정한다. 감쇠 곡선은 2500 Å 이상에서 SMC 곡선과 유사하며, Calzetti(2000) 은하성 형성 곡선보다 20% 낮은 정규화를 보이며, 이는 적용 시 별 형성률(SFR)이 20% 낮아지고, 항성 질량은 0.16 dex 낮아지며, 높은 SFR에서 이온화 기체의 선이 연속체에 비해 더 강하게 먼지에 의해 차단됨을 의미한다.

ABSTRACT

We present results on the dust attenuation curve of z~2 galaxies using early observations from the MOSFIRE Deep Evolution Field (MOSDEF) survey. Our sample consists of 224 star-forming galaxies with nebular spectroscopic redshifts in the range z= 1.36-2.59 and high S/N measurements of, or upper limits on, the H-alpha and H-beta emission lines obtained with Keck/MOSFIRE. We construct composite SEDs of galaxies in bins of specific SFR and Balmer optical depth in order to directly constrain the dust attenuation curve from the UV through near-IR for typical star-forming galaxies at high redshift. Our results imply an attenuation curve that is very similar to the SMC extinction curve at wavelengths redward of 2500 Angstroms. At shorter wavelengths, the shape of the curve is identical to that of the Calzetti relation, but with a lower normalization (R_V). Hence, the new attenuation curve results in SFRs that are ~20% lower, and log stellar masses that are 0.16 dex lower, than those obtained with the Calzetti attenuation curve. Moreover, we find that the difference in the reddening---and the total attenuation---of the ionized gas and stellar continuum correlates strongly with SFR, such that for dust-corrected SFRs larger than 20 Msun/yr assuming a Chabrier IMF, the nebular emission lines suffer an increasing degree of obscuration relative to the continuum. A simple model that can account for these trends is one in which the UV through optical stellar continuum is dominated by a population of less reddened stars, while the nebular line and bolometric luminosities become increasingly dominated by dustier stellar populations for galaxies with large SFRs, as a result of the increased dust enrichment that accompanies such galaxies. Consequently, UV- and SED-based SFRs may underestimate the total SFR at even modest levels of ~20 Msun/yr. [Abridged]

연구 동기 및 목표

• 다양한 파장에서의 광도 및 적외선 스펙트로스코피를 활용하여 고적색도 은하성 형성 은하에서 먼지 감쇠 곡선을 직접 측정하기.
• 별의 연속체와 이온화 기체의 이질적 먼지 차폐를 고려함으로써, UV 기반 및 Hα 기반 별 형성률(SFR) 추정치 간의 괴리 해결하기.
• 특정 별 형성률(SFR/M*) 및 발머 감쇠도에 따라 먼지 성질과 기하학적 특성이 어떻게 변화하는지 조사하기.
• 더 정확하고 경험적으로 제약된 감쇠 곡선을 사용하여, SED 기반 항성 질량 및 SFR 추정치 향상하기.

제안 방법

• 깊은 다중 파장 광도를 활용하여 특정 SFR 및 발머 감쇠도에 따라 은하의 복합 스펙트럼 에너지 분포(SED)를 구성하기.
• MOSFIRE 스펙트로스코피로부터의 높은 신호 대 잡음 비율의 Hα 및 Hβ 발광선 측정치를 사용하여 발머 감쇠도 및 이온화 기체의 먼지 적색화를 유도하기.
• 다른 밴드에 따른 복합 SED 비율을 취하여, 자외선에서 적외선 파장에 이르기까지 곡선의 형태와 정규화를 직접 제약함.
• 표준 템플릿(예: Calzetti 2000, SMC)과 유도된 감쇠 곡선을 비교하여 정규화 및 형태의 차이 평가하기.
• 이온화 기체와 별의 연속체 간의 색상 초과 차이를 정량화하여, 이질적 먼지 차폐 정도 평가하기.
• 표준 SED 피팅 절차에 새로운 곡선을 적용하여 SFR 및 항성 질량 추정치에 미치는 영향 모델링하기.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 고적색도 은하성 형성 은하(z~1.4–2.6)의 먼지 감쇠 곡선은 지역 템플릿인 Calzetti(2000) 및 SMC와 어떻게 비교되는가?
• RQ2 고적색도 은하의 복합 SED에서 직접 유도된 감쇠 곡선의 정규화 및 형태는 무엇인가?
• RQ3 이온화 기체 발광선의 먼지 적색화는 별의 연속체와 비교해 어떻게 되며, 이 차이는 SFR에 따라 달라지는가?
• RQ4 고적색도 은하에서 이질적 먼지 차폐로 인해 UV 기반 및 Hα 기반 SFR 추정치가 어느 정도로 다를 수 있는가?
• RQ5 수정된 감쇠 곡선이 고적색도 은하 연구에서 항성 질량 및 SFR 추정치에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• 2500 Å 이상 파장에서 감쇠 곡선은 형태와 정규화 모두 소마젤란닉 클라우드(SMC) 흡수 곡선과 매우 유사하다.
• 2500 Å 이하 파장에서는 Calzetti 등(2000)의 은하성 형성 감쇠 곡선과 동일한 형태를 가지지만, Δk(λ)가 1.63배 낮은 정규화를 보이며, 이는 단위 적색화당 감쇠가 더 적다는 것을 의미한다.
• 새로운 감쇠 곡선을 적용하면 Calzetti(2000) 곡선을 사용한 경우에 비해 SFR 추정치가 약 20% 낮아진다.
• 새로운 곡선을 사용하여 유도한 항성 질량은 Calzetti(2000) 곡선을 사용한 경우보다 Δlog(M*/M☉) ≈ 0.16 dex 낮아진다.
• 2175 Å에서 과잉 흡수 경향이 약간 관측되어 먼지 입자 성질의 변동 가능성을 시사한다.
• 이온화 기체와 별의 연속체 간 적색화 차이가 SFR이 증가함에 따라 커지며, SFR > 20 M☉ yr⁻¹일 경우 이온화 선이 자외선 연속체에 비해 점점 더 강하게 차단됨을 보여준다.