[论文解读] Integrated Spectroscopy of the Herschel Reference Survey. The spectral line properties of a volume-limited, K-band selected sample of nearby galaxies

A. Boselli, T. M. Hughes+3 more|arXiv (Cornell University)|Nov 22, 2012

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 114被引用 39

一句话总结

本研究基于赫歇尔参考巡天（Herschel Reference Survey）中238个晚型星系的长缝积分谱线观测，提供了波长3600–6900 Å、分辨率R ≈ 1000的发射线流量与等效宽度测量。结果显示，巴耳末减退量（C(Hβ)）随恒星质量、面密度、金属丰度及恒星形成率的增加而上升，而基底巴耳末吸收（E.W.Hβ_abs）则几乎不随这些参数变化；此外，星系团中的星系与场中的星系在谱线特性上表现出系统性差异。

ABSTRACT

We present long-slit integrated spectroscopy of 238 late-type galaxies belonging to the Herschel Reference Survey, a volume limited sample representative of the nearby universe. This sample has a unique legacy value since ideally defined for any statistical study of the multifrequency properties of galaxies spanning a large range in morphological type and luminosity. The spectroscopic observations cover the spectral range 3600-6900 A at a resolution R ~ 1000 and are thus suitable for separating the underlying absorption from the emission of the Hbeta line as well as the two [NII] lines from the Halpha emission. We measure the fluxes and the equivalent widths of the strongest emission lines ([OII], Hbeta, [OIII], [NII], Halpha, and [SII]). The data are used to study the distribution of the equivalent width of all the emission lines, of the Balmer decrement C(Hbeta) and of the observed underlying Balmer absorption under Hbeta in this sample. Combining these new spectroscopic data with those available at other frequencies, we also study the dependence of C(Hbeta) and E.W.Hbeta_{abs} on morphological type, stellar mass and stellar surface density, star formation rate, birthrate parameter and metallicity in galaxies belonging to different environments (fields vs. Virgo). The distribution of the equivalent width of all the emission lines, of C(Hbeta) and E.W.Hbeta_{abs} are systematically different in cluster and field galaxies. The Balmer decrement increases with stellar mass, stellar surface density, metallicity and star formation rate of the observed galaxies, while it is unexpectedly almost independent from the column density of the atomic and molecular gas. The dependence of C(Hbeta) on stellar mass is steeper than that previously found in other works. The underlying Balmer absorption does not significantly change with any of these physical parameters.

研究动机与目标

• 对一个体积受限、以K波段选源的近场晚型星系样本进行光谱特性表征，以支持统计分析。
• 在统一、高分辨率的数据集中测量关键发射线（[O ii]、Hβ、[O iii]、[N ii]、Hα、[S ii]）的流量与等效宽度。
• 研究巴耳末减退量（C(Hβ)）与基底巴耳末吸收（E.W.Hβ_abs）对恒星质量、金属丰度、恒星形成率及环境（场域与室女座星系团）等物理与环境参数的依赖关系。
• 为多波段星系演化研究，特别是气体、恒星与尘埃之间的物质循环，提供一个遗产数据集。
• 通过使用归一化等效宽度，实现对不同光度与形态星系之间稳健的比较。

提出的方法

• 利用上普罗旺斯天文台1.93米望远镜获取长缝积分谱线，波段覆盖3600–6900 Å，分辨率R ≈ 1000。
• 测量了[O ii] λ3727、Hβ、[O iii] λ4959与λ5007、[N ii] λ6548与λ6584、Hα，以及[S ii] λ6717与λ6731的谱线。
• 计算了等效宽度与流量比，特别关注Hβ发射线与基底吸收的分离。
• 巴耳末减退量C(Hβ)通过校正尘埃消光后的Hα与Hβ流量比计算得出。
• 通过统计分析比较不同形态类型、恒星质量、面密度、恒星形成率、金属丰度及环境（场域与室女座星系团）下的谱线特性。
• 将数据与现有多波段数据（如GALEX、SPIRE、2MASS、SDSS）结合，以支持多波段相关性研究。

实验结果

研究问题

• RQ1 在不同环境中的代表性近场星系样本中，关键发射线的等效宽度如何变化？
• RQ2 在晚型星系中，巴耳末减退量（C(Hβ)）对恒星质量、面密度、金属丰度及恒星形成率的依赖关系如何？
• RQ3 基底巴耳末吸收（E.W.Hβ_abs）如何随质量与金属丰度等物理参数变化？
• RQ4 星系团星系（如室女座星系团）在谱线强度与尘埃消光方面与场星系相比，其差异程度如何？
• RQ5 巴耳末减退量是否与原子或分子气体柱密度相关？抑或其主要受恒星种群与金属丰度特性驱动？

主要发现

• 巴耳末减退量C(Hβ)随恒星质量增加而上升，其依赖关系比以往研究报道的更陡峭。
• C(Hβ)随恒星面密度、金属丰度及恒星形成率的增加而上升，表明更高质量、更富金属且恒星形成活跃的星系中尘埃消光更强。
• 基底巴耳末吸收（E.W.Hβ_abs）在恒星质量、金属丰度或恒星形成率方面无显著变化，表明其对这些物理参数不敏感。
• 星系团星系在等效宽度与C(Hβ)的分布上表现出系统性差异，表明环境对尘埃与电离条件有影响。
• 巴耳末减退量出人意料地与原子与分子气体柱密度无关，表明尘埃消光更强烈地与恒星种群和金属丰度相关，而非气体储备。
• 该样本的光谱特性与质量选源、体积受限样本一致，是开展星系演化统计研究的理想样本，适用于不同形态与环境的星系比较。