[论文解读] Strong PAH Emission from z~2 ULIRGs

Vandana Desai, B. T. Soifer+16 more|arXiv (Cornell University)|May 26, 2009

Astrophysics and Star Formation Studies被引用 32

一句话总结

本研究利用斯皮策IRS光谱观测表明，23个红移z≈2的高红移ULIRG中有20个表现出强烈的多环芳烃（PAH）发射，表明存在剧烈的恒星形成活动。红移分布的窄峰位于z≈1.9，这是由7.7 μm PAH特征增强24 μm通量所致，证实1.6 μm恒星余晖是筛选z≈2处遮蔽星暴星系的有效工具，其推断的恒星形成率在1000–8500 M⊙ yr⁻¹之间。

ABSTRACT

Using the Infrared Spectrograph on board the Spitzer Space Telescope, we present low-resolution (64 < lambda / dlambda < 124), mid-infrared (20-38 micron) spectra of 23 high-redshift ULIRGs detected in the Bootes field of the NOAO Deep Wide-Field Survey. All of the sources were selected to have 1) fnu(24 micron) > 0.5 mJy; 2) R-[24] > 14 Vega mag; and 3) a prominent rest-frame 1.6 micron stellar photospheric feature redshifted into Spitzer's 3-8 micron IRAC bands. Of these, 20 show emission from polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs), usually interpreted as signatures of star formation. The PAH features indicate redshifts in the range 1.5 < z < 3.0, with a mean of =1.96 and a dispersion of 0.30. Based on local templates, these sources have extremely large infrared luminosities, comparable to that of submillimeter galaxies. Our results confirm previous indications that the rest-frame 1.6 micron stellar bump can be efficiently used to select highly obscured starforming galaxies at z~2, and that the fraction of starburst-dominated ULIRGs increases to faint 24 micron flux densities. Using local templates, we find that the observed narrow redshift distribution is due to the fact that the 24 micron detectability of PAH-rich sources peaks sharply at z = 1.9. We can analogously explain the broader redshift distribution of Spitzer-detected AGN-dominated ULIRGs based on the shapes of their SEDs. Finally, we conclude that z~2 sources with a detectable 1.6 micron stellar opacity feature lack sufficient AGN emission to veil the 7.7 micron PAH band.

研究动机与目标

• 确定通过1.6 μm恒星余晖选源的高红移尘埃遮蔽ULIRG中主导能量来源（恒星形成与AGN）
• 检验1.6 μm恒星光谱特征是否能有效筛选出z≈2处的星系形成星系
• 利用本地SED模板解释这些源的观测窄红移分布
• 量化z≈2处PAH发射ULIRG的恒星形成率与红外光度
• 研究高红移尘埃星系中AGN活动与PAH特征可探测性之间的关系

提出的方法

• 利用斯皮策红外光谱仪（IRS）对23个高红移ULIRG进行了低分辨率中红外（20–38 μm）光谱观测
• 源的选择标准为：24 μm通量 >0.5 mJy，R–[24] >14 mag，且在IRAC波段中存在红移后的1.6 μm恒星余晖特征
• 利用7.7 μm和11.3 μm处的PAH发射特征测定红移，并评估恒星形成活动的主导性
• 应用本地SED模板估算红外光度与恒星形成率
• 通过模拟7.7 μm PAH特征和9.7 μm硅酸盐吸收特征对24 μm通量的响应，对红移分布进行建模
• 与AGN主导的幂律SED及X射线数据对比，确认PAH发射源中AGN贡献极低

实验结果

研究问题

• RQ1 通过红移后的1.6 μm恒星余晖选源的高红移ULIRG是否表现出强烈的PAH发射，表明恒星形成活动？
• RQ2 为何这些源的红移分布呈窄峰状，集中在z≈1.9？
• RQ3 在这些源中，恒星形成与AGN对红外光度的相对贡献如何？
• RQ4 高红移尘埃星系中PAH特征的可探测性与AGN活动之间有何关联？
• RQ5 推断的恒星形成率是否与本地模板一致？还是高红移处恒星形成律的演化可解释其极端光度？

主要发现

• 23个ULIRG中有20个（87%）表现出强烈的PAH发射，证实1.6 μm恒星余晖是筛选z≈2处星系形成星系的有效工具
• 样本的平均红移为⟨z⟩=1.96，标准差为0.30，窄分布的峰值位于z≈1.9，这是由于7.7 μm PAH特征增强了24 μm通量所致
• 推断的红外光度范围为(6–50)×10¹² L⊙，若由恒星形成驱动，则恒星形成率在1000–8500 M⊙ yr⁻¹之间
• PAH富集源在24 μm通量较暗的源中更为常见，表明星暴主导的ULIRG主导了24 μm源函数的暗端
• 通过缺乏2.5 μm超量以及7.7 μm PAH特征的保留，确认这些源中无强AGN活动，因为强AGN会破坏该特征
• AGN主导的ULIRG的红移分布同样由9.7 μm硅酸盐吸收特征塑造，该特征在z≈1.5处抑制24 μm通量