[논문 리뷰] Constraints on Dusty Star Formation at High Redshift from Ultraviolet, Far-Infrared, and Radio Surveys

Kurt L. Adelberger, Charles C. Steidel|arXiv (Cornell University)|2000. 01. 08.

Astronomy and Astrophysical Research인용 수 1

한 줄 요약

이 논문은 고적축 은하에서 볼로메트릭 성립률을 신뢰성 있게 추정하기 위해 국지적 경험적 상관관계(자외선, 적외선, 전파 복사율 간)를 적용할 수 있는지 조사한다. 분석 결과, 1<z<5 범위의 자외선으로 선택된 은하들이 국지적 먼지 재처리 법칙을 따를 경우, 매우 먼지로 가려진 은하의 큰 집단이 존재하지 않더라도 전체 850 μm 배경과 수치를 설명할 수 있음을 확인한다.

ABSTRACT

If high-redshift galaxies resemble rapidly star-forming galaxies in the local universe, most of the luminosity emitted by their massive stars will have been absorbed by dust and re-radiated at far-infrared wavelengths that are largely inaccessible to ground-based observations. The bolometric luminosity produced by star formation in distant galaxies must be estimated indirectly through empirical, locally established correlations between bolometric luminosity and fluxes at far-UV, mid-IR, sub-mm, and radio wavelengths. Data from the local universe, which we review and quantify, suggest that observations in each of these more accessible wave bands can constrain the bolometric luminosity of rapidly star-forming galaxies to within ~ 0.3 dex. We assemble the limited evidence that high-redshift galaxies obey these locally calibrated correlations. Observations of the far-UV, sub-mm, radio, and mid-IR fluxes of galaxies at 1&lt;z&lt;3 are largely consistent with the idea that the same correlations exist for star-forming galaxies at high redshift. We show that, if this is the case, then known UV-selected galaxy populations at 1&lt;z&lt;5 could by themselves account for the entire 850 micron background and the shape of the observed 850 micron number counts, provided they have the same distribution of dust opacities as inferred for the well studied Lyman-break galaxies at z~3. None of the available data at 850 microns appear to require a significant fraction of star formation in the universe to have occurred in galaxies so heavily obscured by dust that they could not be detected in UV-selected surveys.

연구 동기 및 목표

• 국지적 경험적 상관관계(자외선, 적외선, 전파 복사율 간)가 고적축 성립 은하에 신뢰성 있게 확장 가능한지 평가하기.
• 1<z<5 범위의 알려진 자외선으로 선택된 은하 집단이 관측된 마이크로파배경과 수치를 설명할 수 있는지 결정하기.
• 관측된 850 μm 배경이 다량의 먼지로 가려져 있지만 자외선으로 탐지되지 않는 은하 집단이 필요로 하는지 테스트하기.
• z~3 라이만-브레이크 은하에서 유추된 먼지 투과도 분포가 고적축 집단에 적용 가능한지 평가하기.

제안 방법

• 국지적 성립 은하에서의 경험적 상관관계를 이용해 관측 가능한 자외선, 적외선, 전파 복사율에서 볼로메트릭 복사율을 추정한다.
• 1<z<3 범위의 고적축 은하에 대해 가용한 자외선, 마이크로파, 중간 적외선, 전파 데이터에 이러한 상관관계를 적용한다.
• 자외선으로 선택된 은하에서 예측한 850 μm 배경과 수치를 관측값과 비교한다.
• 자외선으로 선택된 은하의 별광을 먼지에 의해 적외선 복사로 재처리하는 모델링을 위해 잘 연구된 z~3 라이만-브레이크 은하의 먼지 투과도 분포를 가정한다.
• 관측된 850 μm 복사율과 자외선으로 선택된 샘플 기반 예측값 간의 일관성 여부를 평가한다.
• 자외선 탐사에서 탐지되지 않는, 매우 먼지로 가려진 성립이 추가로 필요로 하는지 테스트한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 국지적 경험적 상관관계(자외선, 적외선, 전파 복사율 간)를 고적축 성립 은하에 신뢰성 있게 적용할 수 있는가?
• RQ2 자외선으로 선택된 은하가 1<z<5 범위에서 관측된 850 μm 간성배경의 어느 정도를 설명할 수 있는가?
• RQ3 관측된 850 μm 수치가 다량의 먼지로 가려져 있지만 자외선으로 탐지되지 않는 은하 집단이 필요로 하는가?
• RQ4 z~3 라이만-브레이크 은하에서 유추된 먼지 투과도 분포가 고적축 성립 은하에 적용 가능한가?
• RQ5 국지적 상관관계가 성립할 경우, 고적축 시대의 은하에서 얼마나 많은 비율의 별 형성이 자외선 탐사에서 숨겨져 있을 수 있는가?

주요 결과

• 1<z<3 범위의 은하에서 자외선, 마이크로파, 중간 적외선, 전파 복사율 관측 결과는 국지적 성립 은하에서 관측된 동일한 경험적 상관관계와 일치한다.
• 고적축 은하가 국지적 상관관계를 따를 경우, 자외선으로 선택된 집단이 1<z<5 범위에서 관측된 850 μm 간성배경을 완전히 설명할 수 있다.
• z~3 라이만-브레이크 은하의 먼지 투과도 분포를 동일하게 가정할 경우, 자외선으로 선택된 은하가 관측된 850 μm 수치의 형태를 재현할 수 있다.
• 고적축에서 별 형성이 매우 깊이 가려져 있어 자외선 탐사에서 탐지되지 않는 은하에서 발생하는 비율은 유의미하지 않다.
• 850 μm 데이터는 다량의 탐지되지 않은, 매우 먼지로 가려진 성립 은하 집단이 필요하지 않다.
• 이 상관관계를 이용한 볼로메트릭 복사율 추정의 산란은 약 0.3 dex 이내에 머물러 있어, 고적축 응용에 있어 그 신뢰성을 뒷받침한다.