[論文レビュー] PEGASE: a UV to NIR spectral evolution model of galaxies - Application to the calibration of bright galaxy counts

Michel Fioc, B. Rocca‐Volmerange|ArXiv.org|Jul 2, 1997

Astronomy and Astrophysical Research被引用数 34

ひとこと要約

PEGASEは、銀河の連続的なUV〜近赤外線（NIR）スペクトル進化モデルであり、冷たい星、熱的脈動A型巨星（TP-AGB）、そしてAGB後の段階を含む合成星のライブラリを拡張することで、220 Åから5 μmまでの銀河のSED（スペクトルエネルギー分布）を正確にモデル化できる。これは明るい銀河の数密度の傾きと正規化を解消し、純粋な明るさの進化が観測と整合することを示しており、高赤方偏移銀河の研究および宇宙論的モデル構築に有効であることが検証された。

ABSTRACT

PEGASE is a new spectrophotometric evolution model for starbursts and evolved galaxies of the Hubble sequence. Its main originality is the extension to the near-infrared (NIR) of the atlas of synthetic spectra of Rocca-Volmerange & Guiderdoni (1988) with a revised stellar library including cold star parameters and stellar tracks extended to the TP-AGB and the post-AGB phase. The NIR is coherently linked to the visible and the ultraviolet, so that the model is continuous on an exceptionally large wavelength range from 220 A up to 5 microns. Moreover, a precise algorithm allows to follow very rapid evolutionary phases such as red supergiants or AGB crucial in the NIR. The nebular component is also computed in the NIR. The extinction correction is gas-dependent for spirals and ellipticals. A set of reference synthetic spectra at z=0, to which apply cosmological k- and evolution e- corrections for high-redshift galaxies, is built from fits of observational templates. Because of the lack of visible to NIR spectral templates for each Hubble type, we adopt statistical samples of colors, not fitted by previous models. A first application of this continuous model is to solve the problem of the slope of the bright galaxy counts from B=15 to 19 and of the normalization parameter of the Schechter luminosity function. Code sources, input and output data are available by anonymous ftp or at the WEB address of the authors.

研究の動機と目的

• 既存のモデルに欠けているNIR領域の整合性の取れたモデル化を補完する目的で、UV〜NIR（220 Å〜5 μm）の連続的スペクトル進化モデルの開発。
• 特に冷たい星（TP-AGBおよびPAGB段階）の表現を改善し、NIR放射の主因となるこれらの進化した星族を的確に表現することで、星形成歴のデゲネラシーを解消する。
• ダスト減光、線源放出、宇宙論的補正を含む物理的に整合性のあるモデルを用いて、銀河の数密度および明るさ関数を校正する。
• 新しい観測および理論的入力を容易に統合できるモジュラーかつ拡張可能なスペクトル合成フレームワークを提供し、公開されたコードおよびデータを提供する。
• 純粋な明るさの進化が、観測された傾きと正規化を説明できることを示すことで、明るい銀河の数密度の不一致を解消する。

提案手法

• Rocca-Volmerange & Guiderdoni (1988) の星のライブラリを、冷たい星（Teff ≈ 2000–3000 K）、TP-AGB、PAGBの進化段階に拡張し、正確なNIRスペクトル合成を実現する。
• 赤超巨星やAGBなどの急速な進化段階を、1 Myr未塔の時間スケールで追跡するための洗練されたアルゴリズムを用い、エネルギー保存則と数値的安定性を確保する。
• スパイラル銀河および楕円銀河に対して、ガス依存の減光を組み込み、UV〜光学〜NIR波長域にわたるダスト効果を一貫して扱う。
• イオン化ガスモデルを用いてNIR領域の線源放出を計算し、星族合成と連携することで、自己一貫性のあるSEDを生成する。
• 直接的なNIRスペクトルテンプレートが不足しているため、近傍銀河の統計的色サンプルにフィットすることで、z=0における基準合成スペクトルを構築する。
• 高赤方偏移銀河のSEDをモデル化するため、宇宙論的k補正およびe補正を適用し、深宇宙の銀河数密度と比較可能な状態を実現する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 連続的なUV〜NIRスペクトル進化モデルは、銀河のSEDの精度を向上させ、明るい銀河の数密度に生じる不整合を解消できるか？
• RQ2 巨大銀河における強い進化（strong evolution）を仮定しない純粋な明るさの進化が、B=15からB=19までの銀河数密度の傾きを適切に説明できるか？
• RQ3 全波長域にわたるNIR拡張スペクトル合成モデルを用いた場合、Schechter明るさ関数の正規化（φ*）は、観測推定値と整合するか？
• RQ4 TP-AGBおよびPAGB星族の導入が、NIRフラックスおよび銀河の星形成歴の推定にどのように影響を与えるか？
• RQ5 直接的なスペクトルテンプレートが利用できない状況において、ハッブル分類の統計的色サンプルを用いて信頼性のある基準合成スペクトルを定義できるか？

主な発見

• PEGASEモデルは、星のライブラリに冷たい星、TP-AGB、PAGB段階を拡張することで、220 Åから5 μmまでの連続的SEDを正確に生成し、J〜Kバンドにおける従来のフラックス不足を解消した。
• モデルが予測するb_j、I、Kバンドの銀河数密度は、Gardner et al. (1996) らの最近のマルチスペクトル観測と一致し、明るいカウントの傾きが純粋な明るさの進化と整合することを確認した。
• 明るさ関数の正規化、φ* = 23.8 × 10⁻³ h³ Mpc⁻³ は、Marzke et al. (1994) による観測値 (20.1 ± 5.0) × 10⁻³ h³ Mpc⁻³ と非常に良好に一致した。
• モデルは、初期型銀河（E/S0）の形成赤方偏移を約20と導出し、古く均一な星族と整合した。後期型銀河では年齢が若いことを反映し、より低い赤方偏移となった。
• 線源放出と減光を一貫して組み込むことで、特にダストを含む星形成爆発銀河および初期型銀河の観測色およびSEDとの一致が向上した。
• モデルはAAS CD-ROMおよびWeb経由で公開されており、モジュラー設計により、新しいデータや理論的改善の容易な統合が可能である。