[논문 리뷰] The Stellar Masses of Disk Galaxies and the Calibration of Color-Mass to Light Ratio Relations

Stacy McGaugh, Jim Schombert|arXiv (Cornell University)|2013. 03. 01.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena인용 수 5

한 줄 요약

이 연구는 넓은 빛의 세기 및 가스 분율 범위를 가진 원판은하의 Spitzer 3.6 μm 관측 자료를 이용해 색깔-질량-빛비율 관계를 보정하며, 3.6 μm에서 근적외선 질량-빛비율이 약 0.5 M☉/L☉로 일정할 경우 자체 일관된 항성 질량 추정치를 얻을 수 있음을 보여준다. 결과는 Kroupa 초기 질량 함수를 지지하며, 질량 보정을 위한 기질량 Tully-Fisher 관계의 타당성을 확인한다.

ABSTRACT

We present new Spitzer 3.6 micron observations of a sample of disk galaxies spanning over 10 magnitudes in luminosity and ranging in gas fraction from ~10% to over 90%. We use these data to test population synthesis prescriptions for computing stellar mass. Many commonly employed models fail to provide self-consistent stellar masses in the sense that the stellar mass estimated from the optical luminosity typically exceeds that estimated from the near-infrared (NIR) luminosity. This problem is present in models both with and without TP-AGB stars, but is more severe in the former. Self-consistency can be achieved if NIR mass-to-light ratios are approximately constant with a mean value near 0.5 Msun/Lsun at 3.6 microns. We use the Baryonic Tully-Fisher relation calibrated by gas rich galaxies to provide an independent estimate of the color-mass to light ratio relation. This approach also suggests that the typical 3.6 micron mass-to-light ratio is 0.5 (0.65 in the K band) for rotationally supported galaxies. These values are consistent with a Kroupa IMF.

연구 동기 및 목표

• 원판은하에서 가시광선 대비 근적외선(NIR) 빛의 세기에서 유도된 항성 질량 추정치의 자체 일관성을 테스트하기 위해.
• 가시광선 자료에서 유도된 항성 질량을 NIR 자료에서 유도된 것보다 과대평가하는 인구 합성 모델의 체계적 실패를 규명하기 위해.
• 가스가 풍부한 은하와 기질량 Tully-Fisher 관계를 이용해 색깔-질량-빛비율 관계를 보정하고, 독립적인 질량 검증을 위해 사용하기 위해.
• 다양한 빛의 세기 및 가스 분율 범위에서 일관성을 확보하는 데 적절한 근적외선 질량-빛비율을 결정하기 위해.

제안 방법

• 빛의 세기 범위가 10 등급에 이르고 가스 분율이 약 10%에서 90% 이상인 원판은하 샘플의 Spitzer 3.6 μm 광도 측정 자료 확보.
• 가시광선과 근적외선 빛의 세기에서 유도된 항성 질량를 비교하여 인구 합성 모델의 모순을 규명하기 위해.
• 가스가 풍부한 은하로 보정된 기질량 Tully-Fisher 관계를 적용하여 색깔-질량-빛비율을 독립적으로 추정하기 위해.
• 열적 펄싱 근적외선 거대 브런치(PTP-AGB) 성별을 포함하거나 배제한 모델을 비교하여 질량-빛비율 일관성에 미치는 영향을 분리하기 위해.
• 샘플 전반에 걸쳐 자체 일관된 항성 질량 추정치를 보장하는 평균 3.6 μm 질량-빛비율 약 0.5 M☉/L☉ 유도하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 일반적으로 사용되는 인구 합성 모델은 가시광선 대비 근적외선 빛의 세기에서 유도된 항성 질량 추정치가 서로 일관된가?
• RQ2 TP-AGB 성별의 포함 여부가 원판은하에서 항성 질량 추정치의 일관성에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 다양한 원판은하 집단에서 일관성을 확보하기 위해 적절한 근적외선 질량-빛비율은 무엇인가?
• RQ4 기질량 Tully-Fisher 관계는 회전운동이 지배하는 은하에서 색깔-질량-빛비율의 신뢰할 수 있는 독립적 보정을 제공할 수 있는가?

주요 결과

• 많은 인구 합성 모델은 자체 일관된 항성 질량 추정치를 생성하지 못하며, 가시광선에서 유도된 질량이 NIR에서 유도된 질량보다 높게 나타나는데, 이 문제는 TP-AGB 성별을 포함할수록 악화된다.
• 3.6 μm에서 근적외선 질량-빛비율이 약 0.5 M☉/L☉로 일정할 경우, 은하의 전체 빛의 세기 및 가스 분율 범위에서 일관성 문제가 해결된다.
• 가스가 풍부한 은하로 보정된 기질량 Tully-Fisher 관계는 3.6 μm 질량-빛비율 0.5 M☉/L☉와 회전운동이 지배하는 은하에 대한 K-밴드 비율 0.65 M☉/L☉를 지지한다.
• 유도된 질량-빛비율은 Kroupa 초기 질량 함수와 일관되며, 이는 원판은하에서 이 IMF를 강력히 지지하는 증거이다.