[논문 리뷰] The Opacity of Spiral Galaxy Disks VI: Extinction, stellar light and color

Benne W. Holwerda, R. A. González외 2명|University of Groningen research database (University of Groningen / Centre for Information Technology)|2005. 09. 15.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 35인용 수 24

한 줄 요약

이 연구는 허블 우주망원경 이미지에서 배경은하수를 세는 방식으로 분광학적 방법(SFM)을 사용하여 나설파고의-dust 투과도를 측정한다. 이는 별의 표면 밝기와 근적외선 색상과의 연관성을 포함한다. 연구 결과, 투과도는 디스크 표면 밝기가 증가함에 따라 증가하며, 특히 나선파고에서 두드러지게 나타나며, 근적외선 색상과는 강한 상관관계를 보이지 않으며, 별 빛의 스케일길이보다 먼지 스케일길이가 더 크다는 점에서 천체역학 모델링에서 일정한 M/L 비율을 사용하는 것에 도전한다.

ABSTRACT

In this paper we explore the relation between dust extinction and stellar light distribution in disks of spiral galaxies. Extinction influences our dynamical and photometric perception of disks, since it can distort our measurement of the contribution of the stellar component. To characterize the total extinction by a foreground disk, Gonzalez et al. (1998) proposed the ``Synthetic Field Method'' (SFM), which uses the calibrated number of distant galaxies seen through the foreground disk as a direct indication of extinction. The method is described in Gonzalez et al. (1998) and Holwerda et al. (2005a). To obtain good statistics, the method was applied to a set of HST/WFPC2 fields Holwerda et al. (2005b) and radial extinction profiles were derived, based on these counts. In the present paper, we explore the relation of opacity with surface brightness or color from 2MASS images, as well as the relation between the scalelengths for extinction and light in the I band. We find that there is indeed a relation between the opacity (A_I) and the surface brightness, particularly at the higher surface brightnesses. No strong relation between near infrared (H-J, H-K) color and opacity is found. The scalelengths of the extinction are uncertain for individual galaxies but seem to indicate that the dust distribution is much more extended than the stellar light. The results from the distant galaxy counts are also compared to the reddening derived from the Cepheids light-curves Freedman et al. (2001). The extinction values are consistent, provided the selection effect against Cepheids with higher values of A_I is taken into account. The implications from these relations for disk photometry, M/L conversion and galaxy dynamical modeling are briefly discussed.

연구 동기 및 목표

• 나선파고 디스크 내 먼지 투과도와 별 빛 분포 간의 관계를 조사한다.
• 먼지 투과도가 광학적 및 천체역학적 측정, 특히 질량-광도(M/L) 비율 추정에 미치는 영향을 평가한다.
• 합성장 방법(SFM)이 Cepheid 적색편이와 같은 다른 방법과 비교해 일관된 투과도 측정을 제공하는지 테스트한다.
• 근적외선 색상(H-J, H-K)과 먼지 투과도 사이에 상관관계가 있는지 확인하여 M/L 보정에 영향을 미칠 수 있는지 평가한다.
• 별 빛과 먼지 투과도의 스케일길이를 비교하여 먼지에 대한 지수 디스크 모델의 타당성을 평가한다.

제안 방법

• 허블 우주망원경/WFPC2 이미지를 사용하여 나선파고 디스크 영역 뒤의 배경은하수를 세는 데 합성장 방법(SFM)을 적용한다.
• 검출된 배경은하수의 수를 총 먼지 투과도(A_I)의 대체 지표로 사용하며, 전경 디스크의 혼잡함과 오염을 보정한다.
• SFM로 유도된 투과도를 2MASS 근적외선 광도 측정과 조합하여 표면 밝기 및 색상 관계를 분석한다.
• I-대역 이미징으로 유도된 별 빛 스케일길이와 투과도 프로파일을 비교하여 구조적 차이를 평가한다.
• 선택 효과를 고려한 Freedman 등(2001)의 Cepheid 적색편이 측정과 SFM 결과를 교차 검증한다.
• 나선파고와 디스크 영역을 별도로 분석하여 투과도-표면 밝기 관계의 공간적 변동성을 테스트한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 나선파고 디스크 내 먼지 투과도는 별 빛의 표면 밝기와 어떻게 관련이 있는가?
• RQ2 전경 디스크의 근적외선(H-J, H-K) 색상과 먼지 투과도 사이에 측정 가능한 관계가 있는가?
• RQ3 I-대역에서 먼지 투과도의 스케일길이와 별 빛의 스케일길이 사이에 유의미한 차이가 있는가? 이는 디스크 구조 모델에 어떤 함의를 갖는가?
• RQ4 SFM로 유도된 투과도 값은 Cepheid 광도곡선으로부터 유도된 값과 어떻게 비교되는가? 선택 효과는 어떤 역할을 하는가?
• RQ5 관측된 투과도-표면 밝기 관계는 천체역학 모델링에서 일정한 질량-광도 비율을 가정하는 데 얼마나 심각한 도전이 되는가?

주요 결과

• 먼지 투과도(A_I)는 디스크 표면 밝기가 증가함에 따라 증가하며, 특히 나선파고에서 두드러지게 나타나, 이는 이러한 영역에서 더 높은 먼지 열량 밀도를 의미한다.
• 근적외선(H-J, H-K) 색상과 먼지 투과도 사이에 강한 상관관계는 발견되지 않으며, 이는 근적외선 색상만으로는 나선파고 디스크의 투과도를 신뢰할 만하게 추정할 수 없다는 것을 시사한다.
• 먼지 투과도의 스케일길이는 I-대역에서 별 빛의 스케일길이보다 유의미하게 크며, 이는 먼지 분포가 더 넓게 퍼져 있음을 의미하며, 먼지에 대한 지수 디스크 모델의 사용을 도전한다.
• 선택 효과에 의해 고투과도 Cepheid에 대한 기피가 고려된 경우, SFM로 유도된 투과도 값은 Cepheid 기반 적색편이 추정치와 일관되게 나타난다.
• 표면 밝기와 투과도 사이의 관계는 천체역학 모델링에서 일정한 질량-광도 비율을 가정하는 것이 현실적이지 않음을 시사하며, 특히 고표면 밝기 영역에서 더욱 그렇다.
• 투과도의 회색 행동(먼지 투과도가 낮은 시선 방향을 따라 먼지가 덜 있는 곳에서 먼지가 덜 투과된 은하가 더 잘 보이는 현상)은 근적외선 색상과의 약한 상관관계를 설명하며, 배경은하수 세기 방법이 투과도 측정에 있어 신뢰할 수 있는 방법임을 뒷받침한다.