[論文レビュー] The Herschel Exploitation of Local Galaxy Andromeda (HELGA): IV. Dust scaling relations at sub-kpc resolution

S. Viaene, J. Fritz+19 more|arXiv (Cornell University)|Mar 17, 2014

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 107被引用数 43

ひとこと要約

本研究は、M31銀河におけるサブキロパーセクスケールの粉塵スケーリング関係を、Herschel、GALEX、SDSS、WISE、Spitzerの多波長データを用いて調査した。粉塵質量/恒星質量比は、NUV–r色および恒星質量面密度と強く相関しており、粉塵の含量は局所的・現地的プロセスによって支配されていることが示唆される。マクロ領域は微小スケールの多様性にもかかわらず、銀河全体の傾向に従う。

ABSTRACT

The imprints of dust-starlight interactions are visible in scaling relations between stellar characteristics, star formation parameters and dust properties. We aim to examine dust scaling relations on a sub-kpc resolution in the Andromeda galaxy (M31) by comparing the properties on a local and global scale to other galaxies of the local universe. New Herschel observations are combined with available data from GALEX, SDSS, WISE and Spitzer to construct a dataset covering UV to submm wavelengths. We work at the resolution of the SPIRE $500\; μ$m beam, with pixels corresponding to physical regions of 137 x 608 pc in the galaxy's disk. A panchromatic spectral energy distribution was modelled for each pixel and several dust scaling relations are investigated. We find, on a sub-kpc scale, strong correlations between $M_d/M_\star$ and NUV-r, and between $M_d/M_\star$ and $μ_\star$ (the stellar mass surface density). Striking similarities with corresponding relations based on integrated galaxies are found. We decompose M31 in four macro-regions based on their FIR morphology; the bulge, inner disk, star forming ring and the outer disk. All regions closely follow the galaxy-scale average trends. The specific star formation characteristics we derive for these macro-regions give strong hints of an inside-out formation of the bulge-disk geometry, as well as an internal downsizing process. However, within each macro-region, a great diversity in individual micro-regions is found. Furthermore, we confirm that dust in the bulge of M31 is heated only by the old stellar populations. In general, the local dust scaling relations indicate that the dust content in M31 is maintained by a subtle interplay of past and present star formation. The similarity with galaxy-based relations strongly suggests that they are in situ correlations, with underlying processes that must be local in nature. (Abriged)

研究の動機と目的

• M31におけるサブキロパーセクスケールでの粉塵スケーリング関係を調べ、粉塵、恒星、星形成の局所的相互作用を理解すること。
• M31の局所的粉塵特性を統合された銀河関係と比較し、スケーリング則が局所的か、グローバルな起源を持つのかを評価すること。
• 星の集団および星形成歴が、銀河内の異なる領域における粉塵含量に与える影響を調査すること。
• M31のバルジにおける粉塵加熱が、最近の星形成とは対照的に、古くから存在する星によって駆動されているかどうかを特定すること。

提案手法

• Herschel SPIRE、PACSおよび補助的なGALEX、SDSS、WISE、Spitzerデータを統合し、36秒角解像度（約137×608 pc/ピクセル）でパンクロマチックSedを生成した。
• すべての画像をHerschel SPIRE 500 μmのビームサイズおよびピクセルグリッドに再サンプリングし、一貫した空間サンプリングを確保した。
• MAGPHYSを用いてピクセル単位でSedをモデル化し、粉塵質量、恒星質量、SFR、粉塵質量/恒星質量比を導出した。
• FIRの形態に基づき、M31を4つのマクロ領域（バルジ、内側ディスク、星形成リング、外側ディスク）に分類し、比較的分析を行った。
• すべての領域およびスケールで、M_dust/M_★、NUV–r、および恒星質量面密度（μ_★）の間のスケーリング関係を調査した。
• スペクトルエネルギー分布の分解を用いて、古くからの星の集団と若い星の集団が粉塵加熱に与える寄与を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 M31におけるサブキロパーセクスケールでの粉塵スケーリング関係（例：M_dust/M_★対NUV–rおよびμ_★）は、どのように振る舞うか？
• RQ2 M31のマクロ領域（バルジ、ディスク、リング、外側ディスク）は、統合銀河のスケーリング傾向に従うのか、それとも特異な行動を示すのか？
• RQ3 M31のバルジにおける粉塵加熱は、そのスペクトルエネルギー分布が示唆するように、古くからの星の集団によってのみ駆動されているのか？
• RQ4 粉塵含量および星形成特性の多様性は、グローバルな傾向よりも、どれほど局所的プロセスによって駆動されているのか？
• RQ5 観測されたスケーリング関係は、最小スケールで崩壊するのか、それともサブキロパーセク領域全体にわたって成り立つことで、局所的平衡状態を示唆するのか？

主な発見

• M31のサブキロパーセク領域において、M_dust/M_★とNUV–r色の間に強い相関が存在し、粉塵含量が最近の星形成歴と密接に結びついていることが示された。
• M_dust/M_★は恒星質量面密度（μ_★）とも相関しており、粉塵含量が局所の恒星密度に比例している可能性を示唆している。
• M31のバルジでは、粉塵加熱が古くからの星の集団によってのみ行われており、最近の星形成が粉塵加熱に寄与する証拠は見当たらない。
• 微小領域での顕著な変動にもかかわらず、4つのマクロ領域（バルジ、内側ディスク、星形成リング、外側ディスク）は、他の銀河と同様のグローバルスケーリング関係をよく再現している。
• 晩期銀河の星形成リング内に早期型の微小領域が存在し、逆にその逆も成り立つことから、粉塵および星形成特性を決定づける要因として、局所的条件がグローバルな形態よりも支配的であることが示された。
• サブキロパーセクスケールまでスケーリング関係が堅牢に保たれるということは、粉塵-恒星スケーリング関係がグローバルな平衡状態ではなく、局所的物理的プロセスによって支配されていることを示唆している。