[论文解读] Revealing the cold dust in low-metallicity environments: I - Photometry analysis of the Dwarf Galaxy Survey with Herschel

A. Rémy-Ruyer, S. C. Madden+23 more|Ghent University Academic Bibliography (Ghent University)|Sep 5, 2013

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 138被引用 79

一句话总结

本研究基于赫歇尔望远镜的PACS和SPIRE仪器对48个低金属度矮星系进行了远红外至亚毫米波段的光度测量，通过修正黑体拟合分析其尘埃性质。研究发现，这些星系的尘埃温度更高（中位数T ≈ 32 K），尘埃与恒星质量比更低（0.02% vs. KINGFISH样本中的0.1%），且在41%的500 µm探测到的矮星系中存在显著的亚毫米波段超量（最高达150%），尤其在最金属贫乏的系统中最为明显，凸显了开展更长波段观测的必要性。

ABSTRACT

We present new photometric data from our Herschel Key Programme, the Dwarf Galaxy Survey (DGS), dedicated to the observation of the gas and dust in 48 low-metallicity environments. They were observed with PACS and SPIRE onboard Herschel at 70,100,160,250,350, and 500 microns. We focus on a systematic comparison of the derived FIR properties (FIR luminosity, dust mass, dust temperature and emissivity index) with more metal-rich galaxies and investigate the detection of a potential submm excess. The data reduction method is adapted for each galaxy to derive the most reliable photometry from the final maps. PACS flux densities are compared with the MIPS 70 and 160 microns bands. We use colour-colour diagrams and modified blackbody fitting procedures to determine the dust properties of the DGS galaxies. We also include galaxies from the Herschel KINGFISH sample, containing more metal-rich environments, totalling 109 galaxies. The location of the DGS galaxies on Herschel colour-colour diagrams highlights the differences in global environments of low-metallicity galaxies. The dust in DGS galaxies is generally warmer than in KINGFISH galaxies (T_DGS~32 K, T_KINGFISH~23 K). The emissivity index, beta, is ~1.7 in the DGS, but metallicity does not make a strong effect on beta. The dust-to-stellar mass ratio is lower in low-metallicity galaxies: M_dust/M_star~0.02% for the DGS vs 0.1% for KINGFISH. Per unit dust mass, dwarf galaxies emit ~6 times more in the FIR than higher metallicity galaxies. Out of the 22 DGS galaxies detected at 500 micron, 41% present an excess in the submm not explained by our dust SED model. The excess mainly appears in lower metallicity galaxies (12+log(O/H) < 8.3), and the strongest excesses are detected in the most metal-poor galaxies. We stress the need for observations longwards of the Herschel wavelengths to detect any submm excess appearing beyond 500 micron.

研究动机与目标

• 为使用赫歇尔望远镜PACS和SPIRE仪器观测的48个低金属度矮星系提供可靠的远红外光度测量。
• 将这些矮星系的FIR/亚毫米波段尘埃性质与KINGFISH样本中更富金属度的星系（共109个星系）进行比较。
• 探究低金属度环境中潜在的亚毫米波段超量的存在及其成因。
• 考察尘埃温度、发射指数和尘埃质量对金属度的依赖关系。
• 评估辐射场对矮星系单位尘埃质量尘埃发射的影响。

提出的方法

• 针对每个星系定制数据处理流程，从赫歇尔图像中提取70、100、160、250、350和500 µm波段的最准确通量密度。
• 通过与斯皮itzer MIPS 70和160 µm波段的交叉校准，确保赫歇尔PACS通量的一致性。
• 利用赫歇尔颜色-颜色图分析DGS星系在FIR/亚毫米波段的谱谱能量分布（SED）行为。
• 采用修正黑体拟合方法，推导出尘埃温度（T）、发射指数（β）、尘埃质量（M_dust）和FIR光度（L_FIR）。
• 将DGS结果与金属丰度较高的KINGFISH样本进行比较，以分离出由金属度驱动的尘埃性质差异。
• 通过统计分析亚毫米波段超量，将观测到的500 µm通量与假设β_theo = 2.0的修正黑体模型预测值进行对比。

实验结果

研究问题

• RQ1 低金属度矮星系的尘埃温度和发射指数与更富金属度的星系相比如何？
• RQ2 在低金属度矮星系中，尘埃质量与恒星质量的关系相对于富金属星系有何特征？
• RQ3 矮星系中FIR/亚毫米波段发射超出标准修正黑体模型预测的程度有多大？
• RQ4 亚毫米波段超量是否与金属度降低相关，特别是在最金属贫乏的系统中？
• RQ5 是否需要更长波段的观测（超过500 µm）才能完全解析低金属度星系中的亚毫米波段超量？

主要发现

• DGS样本的中位数尘埃温度约为32 K，显著高于KINGFISH样本的23 K，且在金属度更低的星系中呈现温度升高的趋势。
• DGS星系的尘埃与恒星质量比仅为0.02%，远低于KINGFISH星系中观测到的0.1%，表明低金属度环境中单位恒星质量对应的尘埃更少。
• 尽管尘埃质量较低，矮星系单位尘埃质量的FIR/亚毫米波段光度约为富金属星系的六倍，表明辐射场对尘埃颗粒的影响更强。
• 在22个500 µm波段探测到的DGS星系中，41%的星系表现出超出β = 2.0修正黑体模型预测的亚毫米波段超量，且在最金属贫乏的系统中，超量最高可达150%。
• 亚毫米波段超量在12+log(O/H) ≤ 8.3的星系中最为显著，表明低金属度与长亚毫米波段超量发射之间存在强关联。
• 本研究强调了开展超过500 µm波段的观测以完整表征亚毫米波段超量的必要性，因为该超量可能仅在赫歇尔最长波段之外才变得明显。