[論文レビュー] An inverse method to recover the star formation history and reddening properties of a galaxy from its spectrum. Application to NGC 7714

Jean‐Luc Vergely, A. Lançon+1 more|ArXiv.org|Sep 2, 2002

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 36被引用数 7

ひとこと要約

本稿では、紫外線、可視光、近赤外線のスペクトルエネルギー分布（SED）および発光線を用いて、銀河の統合スペクトルから星形成歴（SFH）およびダストの赤化特性を非パラメトリックな逆問題手法で回復する手法を提示する。NGC 7714に適用した結果、古典的赤化則はSedと中性ガス線の両方を同時に適合させることができず、波長依存の減光則と、200 Myr以上前の大規模な星形成エピソードを含む複数回の星形成歴が必要であることが判明した。これは、最近のNGC 7715との相互作用の100 Myrの動的時​​間スケールとは整合しない。

ABSTRACT

We develop a non-parametric inverse method to investigate the star formation rate, the metallicity evolution and the reddening properties of galaxies based on their spectral energy distributions (SEDs). This approach allows us to clarify the level of information present in the data, depending on its signal-to-noise ratio (S/N). When low resolution SEDs are available in the ultraviolet, optical and near-IR wavelength ranges together, we conclude that it is possible to constrain the star formation rate and the effective dust optical depth simultaneously with a signal-to-noise ratio of 25. With excellent signal-to-noise ratios, the age-metallicity relation can also be constrained. We apply this method to the well-known nuclear starburst in the interacting galaxy NGC 7714. We focus on deriving the SFR and the reddening law. We confirm that classical extinction models cannot provide an acceptable simultaneous fit of the SED and the lines. We also confirm that, with the adopted population synthesis models and in addition to the current starburst, an episode of enhanced star formation that started more than 200 Myr ago is required. As the time elapsed since the last interaction with NGC 7715, based on dynamical studies, is about 100 Myr, our result reinforces the suggestion that this interaction might not have been the most important event in the life of NGC 7714.

研究の動機と目的

• 事前に定義された関数形を仮定せずに、銀河スペクトルから星形成率（SFR）およびダスト減光を非パラメトリック関数として回復する非パラメトリックな逆問題手法の開発を目的とする。
• SN比（S/N）に応じて、低分解能の紫外線、可視光、近赤外線のSEDおよび発光線に含まれる情報量を評価することを目的とする。
• 古典的赤化モデルが、星形成銀河の星の連続スペクトルと中性ガス線の両方を同時に適合させられるかどうかを検証することを目的とする。
• 複数のスペクトルバンドにわたる高SN比データを用いて、NGC 7714の核の星形成爆発の星形成歴と赤化則を調査することを目的とする。
• Sed逆問題の結果に基づき、NGC 7715との最近の動的相互作用が観測された星形成の主因であるかどうかを検討することを目的とする。

提案手法

• 本手法は、Tarantola & Valette (1982) に基づく確率的逆問題フレームワークを用い、星形成率（SFR）およびダスト減光を時間の非パラメトリック関数として解く。
• 紫外線、可視光、近赤外線の低分解能SEDと発光線測定値（例：H ii線）を組み合わせ、星族およびダスト減光を制約する。
• 標準的な初期質量関数と理論的進化軌道を用いた人口合成モデルを仮定し、物理的整合性を確保する。
• 最適化手順を用いて最良のSFRおよび赤化則を特定し、事後分散、分解能、平均インデックス解析による検証を実施する。
• 古典的赤化則の単純化仮定を避けるために、波長依存の減光を許容する。
• S/Nを変化させたSEDのシミュレーションを用いて解の妥当性を検証し、log(age)における分解能および年齢-金属量関係の制約を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 低分解能の紫外線、可視光、近赤外線のSEDから、非パラメトリックな逆問題手法が同時に星形成歴と波長依存のダスト減光を回復できるか。
• RQ2 SN比が、銀河スペクトルにおけるSFRおよび赤化の回復分解能と信頼性にどの程度制限を及えるか。
• RQ3 古典的赤化則は、NGC 7714の核の星形成爆発における星の連続スペクトルと中性ガス線の両方を適切に適合できるか。
• RQ4 NGC 7714の観測された星形成歴は、最近のNGC 7715との相互作用の100 Myrの時間スケールと整合するか。
• RQ5 複数回の星形成と標準でない減光則を許容することで、動的時​​間スケールと推定された主星形成エピソードの年齢との不一致を解消できるか。

主な発見

• SN比25の条件下では、星形成率と有効なダスト光学的厚さを同時に制約可能であり、log(age)における分解能は約0.6に達する。
• SN比500の場合は、SFRと年齢-金属量関係の分解能がlog(age)で0.3～0.5に達し、高SN比データに高い情報量が含まれていることが示された。
• 古典的赤化則は、NGC 7714のSEDと中性ガス線の両方を同時に適合させることができず、標準的仕様とは異なる波長依存の減光則が必要であることが判明した。
• NGC 7714の星形成歴は多峰性を示し、数百万年前に若いピークと、200 Myr以上前から始まる大規模で広がった星形成エピソードが存在する。
• SEDと線の両方を同時に適合させる解は、平坦化した紫外線減光則を示し、Br γ線発光をよく再現するが、古典的則は2倍以上低く推定していた。
• 推定された赤化特性は、空間的に不均一なダスト分布の効果を模倣しており、観測アパーチャー内での解像不能な空間的構造が複雑さの主な要因である可能性を示唆している。