[論文レビュー] Dust and Nebular Emission. I. Models for Normal Galaxies

P. Panuzzo, A. Bressan+3 more|ArXiv.org|Jul 4, 2003

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 60被引用数 71

ひとこと要約

本稿では、CLOUDY光電離シミュレーションとGRASIL分光的合成コードを結合することで、星形成銀河におけるネーブラー放射の物理的に整合性のあるモデルを提示する。このモデルは、ダスト再放射と年齢依存性の減光を考慮している。主な貢献は、UVから電波に至る波長域における星形成率（SFR）指標の堅牢なキャリブレーションであり、FIR/UV比が最小限の不確実性で最も正確なSFR推定値を提供する一方で、Hαに基づくSFRは依然として年齢選択的減光の影響を強く受けることが示された。

ABSTRACT

We present a model for nebular emission in star forming galaxies, which takes into account the effects of dust reprocessing. The nebular emissions have been computed with CLOUDY and then included into GRASIL, our spectrophotometric code specifically developed for dusty galaxies. The interface between nebular emission and population synthesis is based on a set of pre-computed HII region emission models covering a wide range of physical quantities. Concerning the extinction properties of normal star forming galaxies, we are able to interpret the observed lack of correlation between the attenuation measured at Halpha and in the UV band as a consequence of age selective extinction. We also find that, for these galaxies with modest SFR, the ratio FIR/UV provides the best constraints on the UV attenuation. Our model also allows to deal with different SFR estimators in a consistent way, from the UV to radio wavelengths, and to discuss the uncertainties arising from the different physical conditions encountered in star forming galaxies. We provide our best estimates of SFR/luminosity calibrations, together with their expected range of variation. It results that SFR derived through Halpha, even when corrected for extinction using the Balmer decrement, is affected by important uncertainties due to age selective extinction. Another remarkable result is that SFR from UV luminosity corrected by means of the ratio FIR/UV has a small uncertainty. Finally, our model provides a calibration of SFR from radio luminosity; we are also able to reproduce the observed FIR/radio ratio.

研究の動機と目的

• 星形成銀河におけるネーブラー放射の物理的に整合性のあるモデルを構築し、ダスト再放射効果を含める。
• 通常の銀河におけるHαとUV減光の相関の欠如を解明するため、年齢選択的減光を導入する。
• 星形成領域内の異なる物理的条件を考慮し、UVから電波に至る波長域におけるSFR指標の正確で物理的根拠に基づくキャリブレーションを提供する。
• 統一的でダストを考慮したフレームワーク内での異なるトレーサー（Hα、[O II]、FIR、電波）の比較を通じて、SFR推定の信頼性を向上させる。

提案手法

• UVからIRに至る波長域におけるネーブラー放射（連続スペクトルおよび60本のライン）は、金属量、密度、幾何構造、イオン化光子生成率といった広範な物理的パラメータを用いてCLOUDYコードで計算する。
• 事前に計算されたH II領域モデルをGRASIL（分光的合成コード）と連携し、現実的な幾何構造と年齢依存性減光を伴うダスト再放射をモデル化する。
• イオン化連続スペクトル（HおよびHeのイオン化フラックス）の解析的近似を用いて、有効温度と光学的厚さを導出し、完全なSSPスペクトルと整合性を保つ。
• イオン化パラメータは、球対称幾何構造における体積平均積分により計算され、イオン化フラックスおよび密度の半径方向変化を考慮する。
• 星の進化段階に応じた星とダストの相対的幾何配置を関連させることで、ダスト減光の年齢依存性をモデルに組み込む。
• SFRキャリブレーションは、合成された全波長の輝度と観測されたトレーサー（バルマー減衰、FIR/UV比など）を比較することで導出する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 なぜ通常の星形成銀河においてHαとUV減光の間に強い相関が見られないのか？
• RQ2 年齢選択的減光は、Hαに基づくSFR測定の信頼性にどのように影響を与えるか？
• RQ3 ダスト再放射を適切に考慮した場合、最も正確なSFRトレーサーは何か？
• RQ4 UV、Hα、FIR、電波といった異なるSFR推定器は、不確実性および一貫性の観点でどのように比較できるか？
• RQ5 ネーブラー放射およびダスト放射を含むモデルで、FIR/電波比を一貫的に再現できるか？

主な発見

• 観測されたHαとUV減光の相関の欠如は、若い、より質量の大きな星が古い、質量の小さい星よりもダストの影響を強く受ける年齢選択的減光によって説明できる。
• FIR/UV比が最小限の不確実性で最も信頼性の高いSFRトレーサーである。これは、ダスト減光の複雑な幾何構造や年齢依存性に対して感受性が低いからである。
• バルマー減衰による補正が施されたHαに基づくSFRでさえ、年齢選択的減光の影響により著しい不確実性を有する。
• モデルは観測されたFIR/電波比を再現できており、ダスト再放射および星形成トレーサーの取り扱いの妥当性が裏付けられた。
• モデルは、不確実性範囲が明確に定義された新たな物理的根拠に基づくSFR/輝度キャリブレーションを提供し、UVから電波に至る波長域での一貫性を向上させた。
• イオン化連続スペクトルの解析的近似は、完全なSSPスペクトルと許容範囲内での一致を示し、ライン放射の効率的計算を可能にした。