[논문 리뷰] Using Spitzer to probe the nature of submillimetre galaxies in GOODS-N

Alexandra Pope, D. Scott외 5명|arXiv (Cornell University)|2006. 03. 15.

Astronomy and Astrophysical Research인용 수 3

한 줄 요약

이 연구는 GOODS-N 영역의 94%의 마이크로미터파 은하를 식별하기 위해 깊은 스피itzer IRAC 및 MIPS 광도계측 데이터와 재처리된 VLA 전파 데이터를 결합하여, 그들의 스펙트럼 에너지 분포(Spitzer IRAC 및 MIPS 광도계측 데이터와 재처리된 VLA 전파 데이터를 사용하여, 이 연구는 GOODS-N 영역의 94%의 마이크로미터파 은하를 식별하고, 그들의 스펙트럼 에너지 분포(Spitzer IRAC 및 MIPS 광도계측 데이터와 재처리된 VLA 전파 데이터를 사용하여, 이 연구는 GOODS-N 영역의 94%의 마이크로미터파 은하를 식별하고, 그들의 스펙트럼 에너지 분포(SEDs)가 국지 ULIRGs보다 더 긴 파장(100 μm, T ≈ 30 K)에서 피크를 이룬다는 것을 밝혀내었으며, 이는 표준 국지 ULIRG 템플릿을 사용할 경우 적외선 빛의 강도(L_IR)를 체계적으로 과대평가하게 된다는 것을 의미한다. 결과적으로, 고적색편이 은하와 국지 은하 조사 모두에서 강한 선별 효과가 있음을 강조하며, 중간 적외선에서의 9.7 μm 실리케이트 특징에 의한 감쇠는 24 μm 복사원의 강도를 감소시키고, Spitzer 색소를 통해 모델에 의존하지 않는 적색편이 추정이 가능하다.

ABSTRACT

How does the submm galaxy population detected by SCUBA fit into galaxy evolution? How do these rare starbursting systems, which contribute significantly to high redshift star-formation, relate to other galaxy populations? Deep radio observations have been most useful for studying these systems, but still leave a significant fraction of the population unidentified. Now with the deep IRAC and MIPS images from the GOODS Spitzer Legacy program and a re-analysis of the deep radio data, we are able to identify counterparts for a large fraction of SCUBA galaxies in GOODS-N. All of these counterparts are detected by Spitzer. Given the vast multi-wavelength data in this field, we can study the spectral energy distributions (SEDs) of these systems and determine what is fueling their intense infrared luminosities. A rest-frame composite optical-to-radio SED for all spectroscopically identified submm sources shows that the average SCUBA galaxy is consistent with models of ultraluminous starburst galaxies, although cooler than those observed locally. Because of this, the submm flux alone consistently overestimates IR when using spectral templates which obey the local ULIRG temperature-luminosity relation. The wide range of 24/850 micron flux ratios as a function of redshift indicates the presence of strong mid-IR features, to be confirmed with deep IRS spectroscopy. The IRAC colours of the submm systems provide useful redshift constraints, since, at these redshifts, IRAC samples the stellar bump. The Spitzer photometry of this large sample of submm galaxies has allowed us to put constraints on many of the outstanding issues in submm astronomy.

연구 동기 및 목표

• 고적색편 은하의 주요 기여자이지만, 희미하고 다중 파장 대응체가 제한되어 있어 아직 잘 이해되지 않은 GOODS-N 영역의 마이크로미터파 은하(SMGs)의 성격을 규명하기 위해.
• 고적색편 SMGs에서 국지 ULIRG 템플릿을 사용할 경우 고정된 온도-빛의 강도 관계를 가정함으로써 적외선 빛의 강도(L_IR)가 체계적으로 과대평가되는 문제를 해결하기 위해.
• 선택 편향이 있는 국지 및 고적색편 조사에서 발생하는 문제를 극복하기 위해 깊은 Spitzer 및 전파 데이터를 사용하여 고적색편 SMGs의 진정한 SED 형태와 먼지 온도를 규명하기 위해.
• Spitzer 광도계측 데이터를 사용하여 z ≈ 1.5에서의 고정된 별의 피크를 측정함으로써 모델에 의존하지 않는 적색편이 추정을 수행하기 위해.

제안 방법

• GOODS 레거시 프로그램에서 확보한 깊은 Spitzer IRAC(3.6–8.0 μm) 및 MIPS(24–160 μm) 이미지를 활용하여, GOODS-N 영역의 35개의 SCUBA 850 μm 소스에 대해 대응체를 식별하였다.
• VLA 1.4 GHz 전파 데이터를 재처리하여 소스의 정밀한 위치를 확보하고 연관성을 확인함으로써, 94%의 대응체 식별률(33/35개 소스)을 달성하였다.
• 스펙트로스코피적으로 확인된 SMGs의 복합적인 고정된 참조 SED를 24 μm, 850 μm, 1.4 GHz의 복사원 강도를 사용하여 구성하였으며, Draine(2003)의 먼지 감쇠를 고려한 수정된 Chary & Elbaz(2001) 템플릿에 맞추어 측정하였다.
• 최적의 템플릿을 사용하여 8–1000 μm 범위에서 적외선 빛의 강도(L_IR)를 적분하고, 850 μm 단독 데이터와 다중 파장 데이터(24 μm, 850 μm, 1.4 GHz)를 사용한 추정치를 비교하였다.
• IRAC 색소를 사용하여 적색편이를 제약 조건으로 삼았으며, z ≈ 1.5에서 별의 피크가 IRAC 대역에 진입함에 따라 명확한 전이가 나타남을 관찰하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 고적색편 마이크로미터파 은하의 스펙트럼 에너지 분포(SEDs)는 국지 ULIRGs와 어떻게 비교되며, 이는 빛의 강도 추정에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ2 표준 국지 ULIRG 템플릿을 사용할 경우, 850 μm 복사원 강도만으로 L_IR이 얼마나 과대평가되는가?
• RQ3 특히 9.7 μm 실리케이트 특징에 의한 중간 적외선 감쇠는 SMGs의 24 μm 복사원 강도에 어떤 역할을 하는가?
• RQ4 Spitzer 광도계측 데이터만으로도 SMGs에 대해 신뢰할 수 있고 모델에 의존하지 않는 적색편이 추정이 가능한가?

주요 결과

• GOODS-N 영역의 850 μm 마이크로미터파 은하 중 94%가 Spitzer 및 전파 데이터를 통해 확실한 대응체로 식별되었으며, 모든 대응체가 IRAC 및 MIPS에서 검출되었다.
• 스펙트로스코피적으로 확인된 SMGs의 복합 SED는 약 100 μm( T ≈ 30 K)에서 피크를 이룬다. 이는 국지 ULIRG 템플릿(약 85 μm에서 피크, T ≈ 34 K)보다 훨씬 긴 파장에서 피크를 이룬다는 점에서 더 차가운 먼지 온도를 시사한다.
• 24 μm 대비 850 μm 복사원 강도 비율은 국지 ULIRG 템플릿이 예측하는 것보다 체계적으로 낮으며, 이는 9.7 μm 실리케이트 특징에 의한 중간 적외선 감쇠가 중간 적외선 복사원 강도를 감소시키고 있음을 시사한다.
• 고정된 온도-빛의 강도 관계를 가진 국지 ULIRG 템플릿을 사용할 경우, 특히 더 낮은 빛의 강도와 낮은 적색편이를 가진 SMGs에서 850 μm 복사원 강도만으로 L_IR을 추정할 경우 일관되게 과대평가됨을 나타낸다.
• 이 샘플의 중앙 L_IR(8–1000 μm)는 6.0 × 10¹² L☉이며, 이는 연간 1100 M☉의 별 형성률에 해당하여 극도로 활발한 별 형성 활동을 나타낸다.
• IRAC 색소는 모델에 의존하지 않는 적색편이 제약 조건을 제공하며, z ≈ 1.5에서 별의 피크가 고정된 IRAC 대역에 진입함에 따라 명확한 전이가 나타난다.