[논문 리뷰] Mid-IR emission of galaxies in the Virgo cluster and in the Coma supercluster.IV. The nature of the dust heating sources

A. Boselli, J. Lequeux외 1명|ArXiv.org|2004. 09. 06.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 71인용 수 36

한 줄 요약

이 연구는 다섯 가지에서 열여덟 마이크론(5–18 μm)의 중간 적외선(중적외선) 먼지 복사의 기원을 123개의 근접한 후기형은하에 대해 다중 파장 데이터를 사용하여 조사한다. 중적외선 복사가 Hα나 자외선 추적자보다도 원거리 적외선(FIR) 복사량과 더 강하게 상관됨을 발견하였으며, 이는 젊은 별과 노령 별에서 오는 이온화 및 비이온화 복사에 의한 가열을 시사한다. 주요 결과는 중적외선 복사량이 금속성에 매우 민감하고 HII 영역과 관련이 없는 확산 복사와 연결되지 않기 때문에 항성 형성률 추정에 매우 부적절하다는 것이다.

ABSTRACT

We study the relationship between the mid-IR (5-18 $μ$m) emission of late-type galaxies and various other star formation tracers in order to investigate the nature of the dust heating sources in this spectral domain. The analysis is carried out using a sample of 123 normal, late-type, nearby galaxies with available data at several frequencies. The mid-IR luminosity (normalized to the H-band luminosity) correlates better with the far-IR luminosity than with more direct tracers of the young stellar population such as the H$α$ and the UV luminosity. The comparison of resolved images reveals a remarkable similarity in the H$α$ and mid-IR morphologies, with prominent HII regions at both frequencies. The mid-IR images, however, show in addition a diffuse emission not associated with HII regions nor with the diffuse H$α$ emission. This evidence indicates that the stellar population responsible for the heating of dust emitting in the mid-IR is similar to that heating big grains emitting in the far-IR, including relatively evolved stars responsible for the non-ionizing radiation. The scatter in the mid-IR vs. H$α$, UV and far-IR luminosity relation is mostly due to metallicity effects, with metal-poor objects having a lower mid-IR emission per unit star formation rate than metal-rich galaxies. Our analysis indicates that the mid-IR luminosity is not an optimal star formation tracer in normal, late-type galaxies.

연구 동기 및 목표

• 일반적인 후기형 은하에서 중적외선(5–18 μm) 영역의 먼지가 가열되는 주요 원인을 규명하는 것.
• 중적외선 복사가 Hα, 자외선, 또는 원거리 적외선(FIR) 복사량과 같은 항성 형성 추적자와 어느 정도 더 잘 상관되는지 평가하는 것.
• HII 영역과 관련이 없는 확산 중적외선 복사의 형태학적 및 물리적 기원을 조사하는 것.
• 금속성이 중적외선에서 항성 형성률 관계에 미치는 영향을 정량화하는 것.
• 안정된 나선형 은하에서 중적외선 복사량이 항성 형성률 지표로서 신뢰할 수 있는지 평가하는 것.

제안 방법

• 5–18 μm, Hα, 자외선, 원거리 적외선(FIR) 파장 범위를 커버하는 다중 주파수 데이터를 사용한 123개의 근접한 일반적인 후기형 은하 샘플 분석.
• 기울기와 거리의 영향을 최소화하기 위해 중적외선 복사량을 H-대역 복사량으로 정규화.
• Hα와 중적외선 이미지의 해상도를 비교하여 HII 영역과 중적외선 복사 사이의 공간적 상관관계 평가.
• 먼지 흡수 보정을 위해 원거리 적외선 대 자외선 복사비와 발머 감쇠를 사용하여 Hα 및 자외선 복사량 보정.
• 복사량 상관관계의 통계적 분석: 중적외선 대비 Hα, 자외선, 원거리 적외선 복사량 간 상관관계 및 산란 분석.
• 저금속성 및 고금속성 은하의 복사량 관계 비교를 통해 금속성 영향 통합.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 후기형 은하에서 5–18 μm 영역의 먼지가 가열되는 데 주로 기여하는 별 집단은 무엇인가?
• RQ2 중적외선 복사량은 최근 항성 형성의 직접적 추적자(Hα, 자외선)와 간접적 추적자(원거리 적외선)와 어떻게 상관되는가?
• RQ3 HII 영역과 관련이 없는 확산 중적외선 복사의 정도는 비이온화 복사에 의한 가열, 주로 노령 별에서 기인한 것인가?
• RQ4 금속성이 단위 항성 형성률당 중적외선 복사량에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 일반적인 안정된 후기형 은하에서 중적외선 복사량은 신뢰할 수 있는 항성 형성률 지표인가?

주요 결과

• H-대역 복사량으로 정규화한 중적외선 복사량은 Hα나 자외선 복사량보다 원거리 적외선 복사량과 더 강하게 상관됨.
• 해상도 이미지 분석 결과 Hα와 중적외선 복사 사이에 강한 형태학적 유사성이 있으며, HII 영역이 양 파장에서 두드러짐.
• 별의 오염을 보정한 후 중적외선 이미지에서 HII 영역나 확산 Hα 복사와 관련이 없는 확산 성분이 드러남.
• 확산 중적외선 복사의 가장 타당한 설명은 주로 노령 별에서 오는 비이온화 복사에 의한 가열이며, 이는 중적외선 먼지 가열의 혼합된 별 기원을 시사함.
• 중적외선 대비 Hα, 자외선, 원거리 적외선 복사량 간 상관관계의 산란은 주로 금속성 영향에 기인하며, 저금속성 은하는 단위 항성 형성률당 더 낮은 중적외선 복사량을 보임.
• 중적외선 복사량으로부터 항성 형성률을 유도할 때의 불확실성은 산란과 금속성 의존성으로 인해 약 10배에 이르며, 이는 일반적인 후기형 은하에서 항성 형성 추정에의 신뢰도를 제한함.