[论文解读] Star Formation Rate Determinations

D. Calzetti|ArXiv.org|Jul 3, 2007

Astronomy and Astrophysical Research被引用 7

一句话总结

本文综述了从紫外到红外波段的恒星形成率（SFR）指标，特别强调了中红外（MIR）示踪器如24 μm发射。研究提出了基于24 μm光度和Hα + 24 μm发射的校准SFR关系，表明这些示踪器对金属丰度和星族混合效应具有鲁棒性，不确定性约为2倍，因此特别适用于高红移和尘埃消光严重的星系。

ABSTRACT

I review determinations of star formation rates (SFR) from the ultraviolet to the infrared, in the context of their use for galaxies and galaxy surveys. The mid-infrared SFR indicators have garnered interest in recent years thanks to the Spitzer capabilities and the opportunities offered by the upcoming Herschel Space Telescope. I discuss what we have learned in the mid-infrared from studies of local galaxies combining Spitzer with HST and other data.

研究动机与目标

• 评估从紫外到远红外波段SFR指标的可靠性，特别是在尘埃消光严重和高红移星系中的表现。
• 解决由尘埃消光、星族混合和金属丰度变化引起的SFR测量系统性不确定性的来源。
• 校准中红外（24 μm）和Hα + 24 μm组合SFR示踪器，以最小化对环境和星族混合效应的敏感性。
• 为星系巡天提供稳健的、基于实测数据校准的SFR指标，尤其适用于斯皮兹曼和赫歇尔空间望远镜的数据。

提出的方法

• 利用斯皮兹曼和哈勃空间望远镜的多波段数据，分析SINGS巡天中的本地星系，结合紫外、光学（Hα）和红外（24 μm）光度。
• 基于电离气体线比（如Hα/Hβ）进行尘埃消光修正，从紫外和Hα光度推导出真实SFR。
• 推导出非线性SFR校准关系：SFR = 1.24×10⁻³⁸ × [L(24 μm)]⁰.⁸⁸，适用于3.5个量级的光度面密度范围。
• 将Hα（未消光SFR）和24 μm（尘埃消光SFR）光度结合，形成单一SFR指标：SFR = 5.3×10⁻⁴² × [L(Hα) + 0.031×L(24 μm)]。
• 测试SFR指标对金属丰度、尘气比和星族年龄变化的鲁棒性。
• 通过已知SFR的本地星系验证校准结果，并与现有模型（如Draine & Li 2006；Kennicutt et al. 2007）进行比较。

实验结果

研究问题

• RQ1 尘埃消光和几何结构如何影响基于紫外的SFR测量？哪种校正方法最有效？
• RQ2 金属丰度在多大程度上影响中红外（24 μm）SFR指标？是否可进行修正？
• RQ3 结合Hα + 24 μm的SFR指标能否降低对星族混合和金属丰度变化的敏感性？
• RQ4 24 μm光度与SFR之间的非线性关系是如何产生的？其物理机制是什么？
• RQ5 在远红外波段采样稀疏的情况下，SFR指标的系统性不确定性的来源是什么？

主要发现

• 24 μm SFR校准关系（SFR = 1.24×10⁻³⁸ × [L(24 μm)]⁰.⁸⁸）在3.5个量级的光度面密度范围内具有鲁棒性，且在金属丰度提高十倍时，光度仅下降2–4倍。
• 组合Hα + 24 μm SFR指标（SFR = 5.3×10⁻⁴² × [L(Hα) + 0.031×L(24 μm)]）对金属丰度和星族混合不敏感，最佳拟合斜率为1，且在LIRG光度范围内达到1:1一致性。
• 在高光度面密度区域，组合Hα + 24 μm指标出现非线性偏差，反映出随着尘埃温度升高，24 μm发射的主导作用增强。
• 8 μm发射对金属丰度极为敏感（金属丰度变化10倍时变化高达30倍），且受星族混合影响显著（变化几倍），因此不适合作为SFR示踪器。
• 中红外波段（24 μm）的尘埃再辐射过程与电离光子产生更直接相关，而非与紫外辐射相关，因此是当前恒星形成更优的示踪器。
• 24 μm和组合Hα + 24 μm SFR指标的不确定性约为2倍，使其成为河外巡天中最可靠的SFR指标之一。