[论文解读] Using Spitzer to probe the nature of submillimetre galaxies in GOODS-N

Alexandra Pope, D. Scott+5 more|arXiv (Cornell University)|Mar 15, 2006

Astronomy and Astrophysical Research被引用 3

一句话总结

本研究结合深度Spitzer IRAC与MIPS测光数据及重新处理的VLA射电数据，识别出GOODS-N场中94%的亚毫米波星系，揭示其光谱能量分布（SED）峰值位于较长波长（100 μm，T ≈ 30 K），较本地超亮红外星系（ULIRGs）更长，导致在使用标准本地ULIRG模板时系统性高估红外 luminosity。结果凸显了高红移与本地巡天中强烈的选样效应，其中红外波段的9.7 μm硅酸盐特征导致中红外消光，使24 μm流量降低，而Spitzer颜色则可实现无需模型的红移估计。

ABSTRACT

How does the submm galaxy population detected by SCUBA fit into galaxy evolution? How do these rare starbursting systems, which contribute significantly to high redshift star-formation, relate to other galaxy populations? Deep radio observations have been most useful for studying these systems, but still leave a significant fraction of the population unidentified. Now with the deep IRAC and MIPS images from the GOODS Spitzer Legacy program and a re-analysis of the deep radio data, we are able to identify counterparts for a large fraction of SCUBA galaxies in GOODS-N. All of these counterparts are detected by Spitzer. Given the vast multi-wavelength data in this field, we can study the spectral energy distributions (SEDs) of these systems and determine what is fueling their intense infrared luminosities. A rest-frame composite optical-to-radio SED for all spectroscopically identified submm sources shows that the average SCUBA galaxy is consistent with models of ultraluminous starburst galaxies, although cooler than those observed locally. Because of this, the submm flux alone consistently overestimates IR when using spectral templates which obey the local ULIRG temperature-luminosity relation. The wide range of 24/850 micron flux ratios as a function of redshift indicates the presence of strong mid-IR features, to be confirmed with deep IRS spectroscopy. The IRAC colours of the submm systems provide useful redshift constraints, since, at these redshifts, IRAC samples the stellar bump. The Spitzer photometry of this large sample of submm galaxies has allowed us to put constraints on many of the outstanding issues in submm astronomy.

研究动机与目标

• 解决GOODS-N场中亚毫米波星系（SMGs）的本质问题，这些星系是高红移恒星形成的关键贡献者，但因本身暗弱且多波段对应体有限而仍不明确。
• 解决在使用本地ULIRG模板时对SMGs红外 luminosity（L_IR）的系统性高估问题，这些模板假设了固定的温度-光度关系。
• 利用深度Spitzer与射电数据，确定高红移SMGs的真实SED形状与尘埃温度，克服本地与高红移巡天中的选样偏差。
• 利用Spitzer测光数据，通过在z ≈ 1.5处采样星族的余晖峰值，实现无需模型的红移估计。

提出的方法

• 利用GOODS遗产计划提供的深度Spitzer IRAC（3.6–8.0 μm）与MIPS（24–160 μm）成像，识别GOODS-N场中35个SCUBA 850 μm源的对应体。
• 重新处理VLA 1.4 GHz射电数据以改善源定位并确认关联，实现94%的对应体识别率（33/35个源）。
• 利用24 μm、850 μm与1.4 GHz的流量构建光谱确认SMGs的复合余晖SED，拟合至修正的Chary & Elbaz（2001）模板，并引入Draine（2003）的尘埃消光。
• 通过在8–1000 μm波段积分最佳拟合模板计算红外 luminosity（L_IR），比较仅使用850 μm数据与多波段数据（24 μm、850 μm、1.4 GHz）的估计结果。
• 利用IRAC颜色约束红移，注意到在z ≈ 1.5处存在明显转变，此时星族峰值进入IRAC波段。

实验结果

研究问题

• RQ1 高红移亚毫米波星系的光谱能量分布（SED）与本地ULIRGs相比如何？这对光度估计有何含义？
• RQ2 在使用标准本地ULIRG模板时，仅依赖850 μm流量在多大程度上高估了红外 luminosity（L_IR）？
• RQ3 中红外消光，特别是9.7 μm硅酸盐特征，在多大程度上导致SMGs的24 μm流量降低？
• RQ4 Spitzer测光能否独立提供SMGs可靠且无需模型的红移估计？

主要发现

• GOODS-N场中94%的850 μm亚毫米波星系通过Spitzer与射电数据识别出可靠对应体，所有对应体均在IRAC与MIPS中被探测到。
• 光谱确认SMGs的复合SED峰值位于~100 μm（T ≈ 30 K），显著长于本地ULIRG模板的峰值（~85 μm，T ≈ 34 K），表明尘埃温度更低。
• 24 μm与850 μm流量比系统性低于本地ULIRG模板的预测值，表明9.7 μm硅酸盐特征导致的显著消光削弱了中红外流量。
• 使用具有固定温度-光度关系的本地ULIRG模板时，仅依赖850 μm流量会导致L_IR的持续高估，尤其在低光度、低红移SMGs中更为明显。
• 该样本的L_IR(8–1000 μm)中位数为6.0 × 10¹² L☉，对应恒星形成率为1100 M☉ yr⁻¹，表明存在极端恒星形成活动。
• IRAC颜色可提供无需模型的红移约束，在z ≈ 1.5处存在明显转变，此时星族峰值进入余晖波段。