[논문 리뷰] Massive star formation in Wolf-Rayet galaxies. III: Analysis of the O and WR populations

Á. R. López-Sánchez, C. Esteban|arXiv (Cornell University)|2010. 04. 01.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 83인용 수 39

한 줄 요약

이 연구는 라팔마의 NOT, INT, WHT 망원경에서 확보한 다중 파장 스펙트로스코피를 이용해 20개의 월프레이너 은하에서 O 및 월프레이너(WR) 성분을 분석한다. 모든 20개 영역에서 청색 WR 뾰루지(He ii λ4686)를 검출하였고, 6개 영역에서 적색 WR 뾰루지(C iv λ5808)를 검출하였다. 금속성에 따라 달라지는 WR 별의 광도는 저금속성 환경에서 더 높은 WR 별 수를 유도하며, WCE/WNL 비율은 침체된 별 형성 은하보다 유의미하게 높다. 이는 매우 짧고 강한 별 형성 폭발(스타버스트) 이력이 있음을 시사한다.

ABSTRACT

(Abridged) We perform a comprehensive multiwavelength analysis of a sample of 20 starburst galaxies that show the presence of a substantial population of Wolf-Rayet (WR) stars. In this paper we present the analysis of the O and WR star populations. We study the spatial localization of the WR-rich clusters via the detection of the blue WR bump (broad He II 4686) and the red WR bump (broad C IV 5808). We perform a detailed fitting of the nebular and broad emission lines within these broad features and derive the numbers of WN, WC and O stars using (i) the standard assumption of constant WR luminosities and (ii) considering metallicity-dependent WR luminosities. We then compare our results with the predictions given by evolutionary synthesis models and with previous empirical results. Aperture effects and the exact positioning of the slit onto the WR-rich bursts play a fundamental role in their detection. As expected, the total number of WR stars increases with increasing metallicity, but objects with 12+log(O/H)<8.2 show a rather constant WR/(WR+O) ratio. The computed WCE/WNL ratios are different than those empirically found in nearby star-forming galaxies, indicating that the observed galaxies are experiencing a strong and very short burst. Considering metallicity-dependent WR luminosities, our data agree with a Salpeter-like IMF in all regimes. We consider that the contribution of the WCE stars is not negligible at low metallicities. Although available models reproduce fairly well the WR properties at high metallicities, new evolutionary synthesis models for young starbursts including all involved parameters (age, metallicity, star-formation history, IMF and WR stars properties such as metallicity-dependent WR luminosities, stellar rotation and the WR binnary channel) are absolutely needed to perform an appropriate comparison with the observational data.

연구 동기 및 목표

• 월프레이너 은하, 즉 극단적인 스타버스트 체계에서 O 및 WR 별 인구를 이해하기 위해.
• 관측 데이터를 바탕으로 금속성이 WR 별 광도와 별 수에 미치는 영향을 규명하기 위해.
• 이론적 모델과 비교하여 별 형성력사 및 IMF 가정에 따라 변하는 관측된 WR 및 O 별 비율을 분석하기 위해.
• 관측된 복사선 강도를 재현하는 데 있어 표준 일정 광도 모델과 금속성에 따라 달라지는 모델의 신뢰성을 평가하기 위해.

제안 방법

• 라팔마에 있는 NOT, INT, WHT 망원경에서 확보한 데이터를 이용해 20개의 스타버스트 은하의 스펙트로스코픽 분석을 수행하였다.
• 청색 WR 뾰루지(He ii λ4686)와 적색 WR 뾰루지(C iv λ5808)의 넓은 복사선을 검출하고 피팅하여 WN 및 WC 별의 기여를 분리하였다.
• 은하중 복사선과 넓은 복사선 성분을 동시에 피팅하였으며, 이에 따라 은하중 He ii λ4686도 포함되었다.
• 일정한 WR 광도와 금속성에 따라 달라지는 광도(CH06)를 사용한 두 가지 접근법을 통해 O, WN, WC 별의 수를 유도하였다.
• 관측된 WR/O 및 WCE/WNL 비율을 SV98 및 SB99 진화 합성 모델의 예측과 비교하였다.
• 금속성에 따라 달라지는 WR 광도와 He ii λ4686 강도를 기반으로 WNL/(WNL+O) 비율을 경험적으로 추정하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 금속성에 따라 달라지는 WR 광도를 사용할 때, 월프레이너 은하의 O, WN, WC 별 수는 금속성에 따라 어떻게 변화하는가?
• RQ2 왜 적색 WR 뾰루지(C iv λ5808)는 청색 WR 뾰루지(He ii λ4686)보다 자주 검출되지 않으며, 그 검출 가능성에 영향을 주는 요인은 무엇인가?
• RQ3 관측된 WR/O 및 WCE/WNL 비율은 SV98 및 SB99와 같은 표준 진화 합성 모델의 예측과 어떻게 비교되는가?
• RQ4 금속성에 따라 달라지는 WR 광도가 관측된 복사선 강도와 모델 예측 간의 일치도를 어느 정도 향상시키는가?
• RQ5 관측된 WR 비율은 특히 저금속성 환경에서 이러한 은하의 별 형성력사에 대해 어떤 시사점을 제공하는가?

주요 결과

• 모든 20개의 관측 영역에서 청색 WR 뾰루지(He ii λ4686)가 검출되었고, 적색 WR 뾰루지(C iv λ5808)는 6개 영역에서만 검출되었는데, 주로 광학 조절 및 슬릿 배치의 영향 때문이다.
• 은하중 He ii λ4686 선은 21개 영역에서 검출되었으며, 금속성이 높아질수록 강도가著 뚜렷하게 감소하여 저금속성 환경에서 더 높은 이온화 상태를 보임을 확인하였다.
• 금속성에 따라 달라지는 WR 광도를 사용할 경우, 12+log(O/H) < 8.2인 은하에서는 WNL/(WNL+O) 비율이 약 ~0.03–0.04로 일정한 값을 유지함을 확인하였으며, 이는 저금속성에서 WR/(WR+O) 비율의 평탄화 가능성을 시사한다.
• 저금속성 환경에서 WCE 별의 기여는 무시할 수 없지만, 금속성이 감소함에 따라 WR 광도가 감소하므로 적색 WR 뾰루지를 검출하기 위해 더 깊은 관측이 필요하다.
• 이 스타버스트 은하에서 관측된 WCE/WNL 비율은 주변의 별 형성 은하보다 유의미하게 높으며, 이는 연속적인 별 형성 대신 매우 짧고 강한 스타버스트 이력이 있음을 시사한다.
• 일정 광도를 가정할 경우, SV98 및 SB99 모델은 저금속성 환경에서 관측된 WR 강도를 재현하지 못하지만, 금속성에 따라 달라지는 광도를 적용할 경우 일치도가 향상되며, 이는 모든 금속성 수준에서 Salpeter 유사 IMF가 적용 가능하다는 것을 뒷받침한다.