[論文レビュー] Observations of Ultraluminous Infrared Galaxies with the Infrared Spectrograph on the Spitzer Space Telescope II: The IRAS Bright Galaxy Sample

L. Armus, V. Charmandaris+14 more|HAL (Le Centre pour la Communication Scientifique Directe)|Oct 6, 2006

Astronomy and Astrophysical Research被引用数 5

ひとこと要約

本研究は、IRAS Bright Galaxy Sampleに属する10個の超高光度赤外銀河（ULIRG）のSpitzer IRS中赤外スペクトル（5–38 μm）を提示し、極めて強いチリの遮蔽（A_V が最大で ≥78 mag）、変動するケイ酸塩の光学的厚さ（τ_9.7 ≥ 4.2）、および水氷と炭化水素の吸収により示される保護された分子雲の存在を明らかにした。主な発見として、強力なAGN活動とは整合しない低[NeV]/[NeII]比が得られ、高赤方偏移におけるULIRG分類の診断的不一致が示唆された。

ABSTRACT

We present spectra taken with the Infrared Spectrograph on Spitzer covering the 5-38 micron region of the ten Ultraluminous Infrared Galaxies (ULIRGs) found in the IRAS Bright Galaxy Sample. Among the BGS ULIRGs, we find a factor of 50 spread in the rest-frame mid to far-infrared spectral slope. The 9.7 micron silicate optical depths range from less than 0.4 more than 4.2, implying line of sight extinctions of A(V) ~ 8 - 78 mag. There is evidence for water ice and hydrocarbon absorption and C2H2 and HCN absorption features in four and possibly six of the 10 BGS ULIRGs, indicating shielded molecular clouds and a warm, dense ISM. We have detected [NeV] emission in three of the ten BGS ULIRGs, at flux levels of 5-18E-14 erg/cm^2/sec and [NeV] 14.3/[NeII] 12.8 line flux ratios of 0.12-0.85. The remaining BGS ULIRGs have limits on their [NeV]/[NeII] line flux ratios which range from less than 0.15 to less than 0.01. Among the BGS ULIRGs, the AGN fractions implied by either the [NeV]/[NeII] or [OIV]/[NeII] line flux ratios (or their upper limits) are significantly lower than implied by the MIR slope or EQW of the 6.2 micron PAH feature. Fitting the SEDs, we see evidence for hot (T > 300K) dust in five of the BGS ULIRGs, with the fraction of hot dust to total dust luminosity ranging from ~1-23%, before correcting for extinction. When integrated over the IRAC-8, IRS blue peakup, and MIPS-24 filter bandpasses, the IRS spectra imply very blue colors for some ULIRGs at z ~ 1.3. This is most extreme for sources with significant amounts of warm dust and deep silicate absorption.

研究の動機と目的

• 高分解能Spitzer IRS分光法を用いて、最も近く、最も明るいULIRGのうち赤外スペクトルエネルギー分布（SED）を特徴づけること。
• 埋め込まれたAGNを同定するための中赤外診断指標（例：[NeV]/[NeII]、PAH等価幅）の信頼性を評価すること。
• チリ温度、遮蔽、分子雲の遮蔽状態を含む、星間媒体の物理的状態を調査すること。
• z ~ 1.3における深紫外・赤外スキャン調査において、強力なケイ酸塩吸収が光度色に与える影響を評価すること。
• 異なる診断ツール（ライン比 vs. SED勾配 vs. PAH特徴）から得られるAGN割合の推定値に生じる不一致を解消すること。

提案手法

• Spitzer宇宙望遠鏡を用いて、IRAS Bright Galaxy Sampleに属する10個のULIRGに対して高分解能IRSスペクトル（5–38 μm）を取得した。
• チリの遮蔽と温度構造を推定するために、スペクトル勾配（5.5–60 μm）およびケイ酸塩の光学的厚さ（τ_9.7）を測定した。
• 保護された高密度分子ガスの存在を推定するために、吸収特徴（H2O氷、炭化水素、C2H2、HCN）を特定および定量した。
• AGN寄与度を推定するために、[NeV]/[NeII]および[OIV]/[NeII]のラインフラックス比を測定し、AGNおよび星形成銀河の比較サンプルを用いた。
• ダスト、PAH、およびガウス成分のフィットを用いてSEDを解析し、高温ダスト割合（T > 300 K）および全ダスト放射出力の推定を行った。
• z ~ 1.3における光度色（IRAC 8 μm/MIPS 24 μmおよびIRS青ピーク/MIPS 24 μm）を計算し、ケイ酸塩吸収による色バイアスの影響を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 最も近いULIRGにおけるチリの遮蔽範囲とケイ酸塩の光学的厚さは何か？ また、それらは中赤外診断にどのように影響を与えるか？
• RQ2 中赤外ライン比（[NeV]/[NeII]、[OIV]/[NeII]）は、ULIRGにおける埋め込まれたAGNの存在をどの程度信頼性高く示唆できるか？
• RQ3 PAH等価幅とスペクトル勾配診断は、ULIRGにおけるAGN割合の推定において、どのように比較されるか？
• RQ4 これらの系において、高温ダスト（T > 300 K）は全赤外放射出力に対してどの程度の寄与をしているか？
• RQ5 強力なケイ酸塩吸収は、z ~ 1.3における深紫外・赤外スキャン調査の光度色にどのようにバイアスをもたらすか？

主な発見

• BGS ULIRGのrest-frame 5.5–60 μmスペクトル勾配は50倍の範囲で変動しており、チリ温度および幾何的構造の広範なばらつきを示している。
• ケイ酸塩の光学的厚さはτ_9.7 ≤ 0.4からτ_9.7 ≥ 4.2の範囲にあり、可視光遮蔽（A_V）は約8 magからA_V ≥ 78 magまで変動している。
• 水氷および炭化水素の吸収特徴が4〜6個のULIRGで検出され、保護された高密度分子雲の存在が示唆された。
• 3個のULIRGで[NeV]発光が検出され、フラックスは5–18 × 10⁻¹⁴ erg cm⁻² s⁻¹、[NeV]/[NeII]比は0.12–0.85であったが、大多数のULIRGでは上限値が ≤0.01–0.15であった。
• [NeV]/[NeII]または[OIV]/[NeII]から推定されるAGN割合は、MIR勾配や6.2 μm PAH等価幅から得られる推定値よりも顕著に低かった。
• 遮蔽補正前の5個のULIRGにおいて、高温ダスト（T > 300 K）は全ダスト放射出力の1–23%を占めており、ケイ酸塩吸収が深い源で最も高い寄与を示した。