[論文レビュー] Modelling the spectral energy distribution of galaxies. III. Attenuation of stellar light in spiral galaxies

Richard J. Tuffs, C. C. Popescu+3 more|ArXiv.org|Jan 30, 2004

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 40被引用数 139

ひとこと要約

本稿では、スパイラル銀河の放射平衡輸送モデルを提示し、星族のバルジ、古くさいディスク、若々しい薄いディスクのそれぞれを別々に計算することで、拡散状とクラッピー状のダスト成分を組み込んだ物理的に妥当なモデルを構築した。紫外線から近赤外域にかけての波長域における吸収率の多項式近似を、傾きと光学的厚さの関数として導出した。バルジ対ディスク比が観測された吸収率に顕著な影響を及ぼすことが示され、バルジを無視するとディスクの透明度が過大評価される可能性がある。

ABSTRACT

We present new calculations of the attenuation of stellar light from spiral galaxies using geometries for stars and dust which can reproduce the entire spectral energy distribution from the UV to the FIR/submm and can also account for the surface brightness distribution in both the optical/NIR and FIR/submm. The calculations are based on the model of Popescu et al. (2000), which incorporates a dustless stellar bulge, a disk of old stars with associated diffuse dust, a thin disk of young stars with associated diffuse dust, and a clumpy dust component associated with star-forming regions in the thin disk. The attenuations, which incorporate the effects of multiple anisotropic scattering, are derived separately for each stellar component, and presented in the form of easily accessible polynomial fits as a function of inclination, for a grid in optical depth and wavelength. The wavelength range considered is between 912 AA and 2.2 micron, sampled such that attenuation can be conveniently calculated both for the standard optical bands and for the bands covered by GALEX. The attenuation characteristics of the individual stellar components show marked differences between each other. A general formula is given for the calculation of composite attenuation, valid for any combination of the bulge-to-disk ratio and amount of clumpiness. As an example, we show how the optical depth derived from the variation of attenuation with inclination depends on the bulge-to-disk ratio. Finally, a recipe is given for a self-consistent determination of the optical depth from the Halpha/Hbeta line ratio.

研究の動機と目的

• 紫外線、可視光、遠赤外/ミリ波長域のスペクトルエネルギー分布（SED）制約を統合することで、スパイラル銀河における星光の吸収率を物理的に整合性のあるモデルとして構築すること。
• 前人研究の不一致を解消するため、拡散状ダスト（ディスク内）、星形成領域におけるクラッピー状ダスト、スパイラルアーム内の拡散状ダストの3つのダスト成分を同時に考慮すること。
• 傾きとバルジ対ディスク比が、異なる星族の観測された吸収率に与える影響を定量化すること。
• 遠赤外/ミリ波長データが欠落している銀河に対しても、Hα/Hβ線幅比から光学的厚さを一貫して導出できる手法を提供すること。

提案手法

• Kylafis & Bahcall (1987) の放射平衡輸送コードを用い、非等方的多次散乱を含めた。星族の3つの成分（バルジ、古くさいディスク（ディスク）、若々しい薄いディスク）それぞれの吸収率を計算した。
• ダストの幾何配置を3つの成分でモデル化した。1つ目は古くさい星と同じ規模高さを持つ拡散状ダストディスク、2つ目は若々しい星のディスクと一致する拡散状ダストディスク（ミリ波長放射のため）、3つ目は星形成領域に存在するクラッピー状ダスト（遠赤外色のため）。
• 912 Å から 2.2 μm まで、顔合わせのBバンド光学的厚さ（τ_B^f,disk）と傾き（i）のグリッドに対して、各星族成分ごとに吸収率を別々に計算した。
• 得られた吸収率曲線を、τ_B^f,disk と波長の多項式関数でフィットさせ、任意の組み合わせの補間を可能にした。
• 幾何学的構造に基づき、局所的な吸収率を解析的にモデル化した。これは、強い加熱と紫外線放射星と空間的に相関していると仮定した。
• 全体的な吸収率（拡散状ダスト由来）と局所的な吸収率（クラスター由来）を組み合わせ、統合光の複合吸収率の一般式を導出した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 バルジ、ディスク、薄いディスクといった異なる星族成分からの光の吸収率は、傾きや光学的厚さにどのように依存するか？
• RQ2 バルジの存在が、観測された吸収率や傾きの傾向から導かれる光学的厚さに、どの程度の影響を及ぼすか？
• RQ3 遠赤外/ミリ波長データが欠落している銀河においても、Hα/Hβ線幅比を用いて顔合わせの光学的厚さを信頼性高く推定できるか？
• RQ4 拡散状ダストとクラッピー状ダストの寄与は、全体のスペクトルエネルギー分布（SED）および観測された吸収率曲線にどのように影響するか？

主な発見

• 低・中程度の傾きで、バルジが最も強い吸収率を示し、波長依存性も最も急である。一方、縁側の向きでは薄いディスクが主な吸収率を占める。
• 顔合わせの向きでは薄いディスクの吸収率が最小であるが、高傾きになるとその光路長がダストを通過する割合が増加し、逆転する。
• バルジ対ディスク比を増加させると、ディスクの透明度が高くなる効果と同様の効果が現れ、バルジを無視するとディスクの光学的厚さが系統的に過大評価される。
• 本モデルは、Marcum et al. (2001) の観測と0.1 mag以内で一致するように、i = 89.8° のNGC 891の紫外線等級を正確に予測した。
• 表7に、傾きとτ_B^f,diskの関数としてのHα/Hβ比の多項式近似を示し、発光線幅比から光学的厚さを導出可能にした。
• スパイラルアームと一致する2番目の拡散状ダストディスクの導入が、観測されたサブミリ波長放射の振幅を再現するために不可欠である。