[논문 리뷰] VLT-VIMOS integral field spectroscopy of luminous and ultraluminous infrared galaxies III: the atlas of the stellar and ionized gas distribution

J. Rodríguez Zaurín, Santiago Arribas외 4명|arXiv (Cornell University)|2010. 09. 01.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 87인용 수 37

한 줄 요약

이 연구는 38개의 국지적 밝고 초우주적 적외선 은하(LIRGs/ULIRGs)에 대한 통합장 스펙트로스코피 데이터 어 schemes를 제시한다. VLT-VIMOS를 사용하여 은하의 항성 연속스펙트럼, H𝛼 발광, H𝛼 등가폭을 맵핑하였다. 연구 결과, 이온화된 가스 발광은 항성 빛보다 훨씬 더 넓게 퍼져 있고 중심부에 더 집중되어 있음을 밝혀냈으며, H𝛼 발광의 62%가 중심 2 kpc 이외에 위치해 있음을 확인하였다. 또한, 먼지 붉어짐 보정 후에도 H𝛼 기반의 별 형성률(SFR)은 여전히 적외선 빛의 기반 SFR을 과소평가하고 있음을 발견하였다.

ABSTRACT

LIRGs and ULIRGs are much more numerous at higher redshifts than locally, dominating the star-formation rate density at redshifts ~1 - 2. Therefore, they are important objects in order to understand how galaxies form and evolve through cosmic time. We aim to characterize the morphologies of the stellar continuum and the ionized gas (H_alpha) emissions from local sources, and investigate how they relate with the dynamical status and IR-luminosity of the sources. We use optical (5250 -- 7450 Å) integral field spectroscopic (IFS) data for a sample of 38 sources, taken with the VIMOS instrument, on the VLT. We present an atlas of IFS images of continuum emission, H_alpha emission, and H_alpha equivalent widths for the sample. The H_alpha images frequently reveal extended structures that are not visible in the continuum, such as HII regions in spiral arms, tidal tails, rings, of up to few kpc from the nuclear regions. The morphologies of the continuum and H_alpha images are studied on the basis of the C_{2kpc} parameter, which measures the concentration of the emission within the central 2 kpc. The C_{2kpc} values found for the H_alpha images are higher than those of the continuum for the majority (85%) of the objects in our sample. On the other hand, most of the objects in our sample (~62%) have more than half of their H_alpha emission outside the central 2 kpc. No clear trends are found between the values of C_{2kpc} and the IR-luminosity of the sources. On the other hand, our results suggest that the star formation in advance mergers and early-stage interactions is more concentrated than in isolated objects. We compared the H_alpha and infrared emissions as tracers of the star-formation activity. We find that the star-formation rates derived using the H_alpha luminosities generally underpredict those derived using the IR luminosities, even after accounting for reddening effects.

연구 동기 및 목표

• 고해상도 통합장 스펙트로스코피를 사용하여 국지적 LIRGs 및 ULIRGs에서 항성 연속스펙트럼과 이온화된 가스(H𝛼)의 형태학적 구조를 특성화하기 위해.
• 이온화된 가스와 항성 빛의 공간 분포가 이러한 은하의 역학 상태와 적외선 빛의 세기에 어떻게 관련되어 있는지 조사하기 위해.
• 먼지 흡수 보정 후에도 H𝛼가 별 형성률(SFR) 추정에 얼마나 신뢰할 수 있는 지표인지, 특히 적외선 빛과 비교하여 평가하기 위해.
• 미래의 다파장 및 운동학적 연구를 지원하기 위해, 대표적인 국지적 (U)LIRGs 샘플에 대한 포괄적이고 공개 가능한 IFS 데이터 어 schemes를 제공하기 위해.

제안 방법

• 38개의 국지적 LIRGs 및 ULIRGs에 대해 VLT의 VIMOS 장치를 사용하여 5250–7450 Å 범위의 옵티컬 통합장 스펙트로스코피(IFS) 데이터를 확보하였다.
• IFS 데이터 큐브에서 공간 해상도가 높은 항성 연속스펙트럼, H𝛼 발광선 강도, H𝛼 등가폭(EW)의 맵을 제작하였다.
• C2kpc 농도 파라미터를 정의하여, 2 kpc의 구형 영역 내에서의 빛의 강도를 동일한 물리적 척도 내 총 빛의 강도로 나누어, 방출의 농도를 정량화하였다.
• 각 소스에 대해 H𝛼와 항성 연속스펙트럼의 피크 간의 투영 거리를 측정하여, 이들의 공간 분포를 비교하였다.
• Balmer 감쇠를 사용하여 먼지 흡수 보정을 한 H𝛼 빛의 세기를 기반으로 별 형성률(SFR)을 계산하였으며, 중간 적외선(MFIR) 빛의 세기도 사용하였다.
• 형태학적 단계(0–2)로 소스를 분류하고, 역학 상태에 따라 C2kpc 값과 SFR 지표를 비교하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 국지적 LIRGs 및 ULIRGs에서 H𝛼 발광과 항성 연속스펙트럼의 형태학적 구조는 어떻게 다를까?
• RQ2 (U)LIRGs에서 이온화된 가스 발광은 중심 2 kpc 내에 얼마나 집중되어 있으며, 항성 빛 분포와 비교해 볼 때 어떻게 다를까?
• RQ3 H𝛼 발광의 농도(C2kpc)와 소스의 적외선 빛 세기 사이에 상관관계가 있는가?
• RQ4 이러한 고도로 은폐된 체계에서 먼지 붉어짐 보정 후 H𝛼 기반 SFR은 IR 기반 SFR과 어떻게 비교되는가?

주요 결과

• H𝛼 발광 형태학적 특징은 항성 연속스펙트럼과 상당히 다름을 보였으며, 핵심에서 수 킬로미터 거리까지 퍼져 있는 조각, 고리, 다리 등의 확장된 구조를 드러내었고, 이는 연속스펙트럼에서는 관측되지 않았다.
• 샘플의 85%에서 C2kpc 파라미터로 측정한 결과, H𝛼 발광은 항성 연속스펙트럼보다 중심 2 kpc 내에서 더 높은 농도를 보였다.
• 62%의 소스에서, 먼지 보정을 하지 않은 H𝛼 발광의 절반 이상이 중심 2 kpc 외부에 위치해 있어, 확장된 별 형성의 중요한 기여를 하고 있음을 시사한다.
• C2kpc와 적외선 빛 세기 사이에 명확한 상관관계는 발견되지 않았으며, 이는 먼지 농도와 별 형성의 국소화 효과가 상호 보완적으로 작용하기 때문일 것이다.
• 진행 중인 병합 시스템과 초기 단계의 상호작용 시스템에서 별 형성이 고립된 시스템보다 더 높은 농도를 보였지만, 더 큰 샘플이 필요하여 이를 확인할 수 있었다.
• 먼지 흡수 보정 후에도 H𝛼 기반 SFR은 여전히 IR 기반 SFR을 과소평가하고 있어, 고도로 은폐된 (U)LIRGs에서는 H𝛼가 SFR 추정에 덜 신뢰할 수 있는 지표임을 시사한다.