[논문 리뷰] Spectroscopic study of blue compact galaxies IV. Star formation rates and gas depletion timescales

Xu Kong|ArXiv.org|2004. 10. 29.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 66인용 수 21

한 줄 요약

이 연구는 72개의 블루 컴팩트은하성(BCGs)에서 Hα, [O II] λ3727, 적외선 및 라디오 복사수준과 H i 질량을 이용하여 별 형성률(SFRs)과 가스 소모 timescale을 분석한다. 기저 성간 흡수와 먼지 흡수를 보정한 후, SFR 지표들은 강한 상관관계를 보이며, 중앙값 SFR은 약 3 M⊙ yr⁻¹, 일반적인 가스 소모 timescale은 약 10억 년임을 드러내어, 은하의 연령에 비해 BCGs의 별 형성이 일시적임을 시사한다.

ABSTRACT

This is the fourth paper in a series studying star formation rates, stellar components, metallicities, and star formation histories of a blue compact galaxy (BCG) sample. Using Ha, [OII]3727, IR, radio (1.4GHz) luminosities and neutral hydrogen gas masses, we estimated star formation rates(SFR) and gas depletion timescales of 72 star-forming BCGs. The SFRs of the BCGs in our sample span nearly four orders of magnitude, from approximately 10^-2 to 10^2M_sun/yr, with a median SFR of about 3M_sun/yr. The typical gas depletion timescale of BCGs is about one billion years. We found that subtracting underlying stellar absorption is very important to calculate both dust extinction and SFR of galaxies. Otherwise, the intrinsic extinction will be overestimated, the SFRs derived from [OII] and Ha will be underestimated (if the underlying stellar absorption and the internal extinction were not corrected from the observed luminosity) or overestimated (if an overestimated internal extinction were used for extinction correction). After both the underlying stellar absorption and the dust extinction were corrected, a remarkably good correlation emerges among Ha, [OII], IR and radio SFR indicators. Finally, we find a good correlation between the measured SFR and the absolute blue magnitude, metallicity, interstellar extinction of BCGs. Our results indicate that faint, low-mass BCGs have lower star formation rates.

연구 동기 및 목표

• 여러 독립적인 지표를 사용하여 블루 컴팩트은하성(BCGs)에서 신뢰할 수 있는 별 형성률(SFRs)을 결정하기 위해.
• Hα, [O II] λ3727, 적외선 및 라디오 복사수준 등의 SFR 지표 간의 체계적 차이를 평가하기 위해.
• 기저 성간 흡수와 먼지 흡수의 SFR 및 흡수 추정에 미치는 영향을 조사하기 위해.
• 절대 B-대역 magnitude, 금속성 및 간성 흡수와 같은 물리적 성질과 SFR 간의 상관관계를 검토하기 위해.
• 가스 소모 timescale을 추정하고 현재의 별 형성 수준이 얼마나 지속 가능한지 평가하기 위해.

제안 방법

• 72개 BCGs의 분광학적 데이터에서 Hα, [O II] λ3727, 적외선(IR), 및 1.4 GHz 라디오 복사수준을 측정하였다.
• H i 가스 질량을 사용하여 τ_dep = M_Hi / SFR 공식을 통해 가스 소모 timescale을 계산하였다.
• 스펙트럼 분해 기법을 사용하여 관측된 선 복사수준을 기저 성간 흡수로부터 보정하였다.
• 기저 성간 흡수 영향을 제거한 후 Balmer 감쇠비(F(Hα)/F(Hβ))를 사용하여 먼지 흡수를 추정하였다.
• 표준 SFR 보정 공식을 적용: SFR ∝ L(Hα), SFR ∝ L(IR), 및 SFR ∝ L(1.4 GHz)이며, 적절한 보정 계수를 사용하였다.
• 산소 농도와 금속성을 추정하기 위해 N2 지표([N II] λ6584/Hα)를 사용하였으며, SFR-금속성 경향을 평가하기 위해 스피어만 순위 상관관계를 적용하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 기저 성간 흡수와 먼지 흡수를 보정한 후, Hα, [O II] λ3727, IR 및 라디오 복사수준에서 유도된 SFR은 어떻게 상호 비교되는가?
• RQ2 보정되지 않은 기저 성간 흡수의 영향은 BCGs에서 먼지 흡수 및 SFR 추정에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 BCGs의 일반적인 가스 소모 timescale은 얼마이며, 우주의 연령과 비교해 볼 때 어떻게 되는가?
• RQ4 별 형성 BCGs에서 SFR과 절대 B-대역 magnitude, 간성 흡수 또는 금속성 간에 상관관계가 있는가?
• RQ5 이전 문헌에서 BCGs의 SFR 추정치가 왜 이렇게 다양하게 나타나는가?

주요 결과

• BCGs의 별 형성률(SFRs)은 약 10⁻²에서 10² M⊙ yr⁻¹ 사이로 네 개의 주기 범위를 차지하며, 중앙값 SFR은 약 3 M⊙ yr⁻¹이다.
• 기저 성간 흡수와 먼지 흡수를 보정한 후, Hα, [O II] λ3727, IR 및 라디오 복사수준에서 유도된 SFR 지표들 사이에 강한 상관관계가 나타난다.
• BCGs의 가스 소모 timescale은 약 10억 년으로 추정되며, 이는 현재의 별 형성이 천체물리적 시간 척도에서는 지속 가능하지 않음을 시사한다.
• 보정되지 않은 기저 성간 흡수로 인해 내재된 흡수와 SFR 추정에 과도한 오차가 발생하며, 특히 [O II] λ3727 및 Hα에서 두드러진다.
• 어두운, 질량이 낮은 BCGs는 낮은 SFR, 낮은 금속성 및 낮은 먼지 흡수를 보이며, 빛의 세기와 별 형성 활동 간의 강한 상관관계를 나타낸다.
• SFR과 금속성(12+log(O/H)) 사이에 정적 상관관계가 존재하며, 스피어만 순위 상관계수는 0.67이며, 선형 회귀식은 12+log(O/H) = 0.24 log(SFR) + 8.52이다.