[论文解读] Anomalously low PAH emission from low-luminosity galaxies

David W. Hogg, Christy Tremonti+6 more|Aug 23, 2004

CCD and CMOS Imaging Sensors被引用 36

一句话总结

本研究利用斯皮策IRAC数据与斯隆数字巡天（SDSS）重叠的中红外PAH发射线，调查低光度星系中的PAH发射。研究发现，低光度星形成星系的PAH与恒星光比异常偏低，暗示其与低金属度有关；并确认PAH发射仅在明亮星系中是星形成速率的可靠示踪剂，而非矮星系。

ABSTRACT

The Spitzer Space Telescope First Look Survey Infrared Array Camera (IRAC) near and mid-infrared imaging data partially overlaps the Sloan Digital Sky Survey (SDSS), with 313 visually selected (r<17.6 mag) SDSS Main Sample galaxies in the overlap region. The 3.5 and 7.8 um properties of the galaxies are investigated in the context of their visual properties, where the IRAC [3.5] magnitude primarily measures starlight, and the [7.8] magnitude primarily measures PAH emission from the interstellar medium. As expected, we find a strong inverse correlation between [3.5]-[7.8] and visual color; galaxies red in visual colors (`red galaxies') tend to show very little dust and molecular emission (low `PAH-to-star' ratios), and galaxies blue in visual colors (`blue galaxies,' ie, star-forming galaxies) tend to show large PAH-to-star ratios. Red galaxies with high PAH-to-star ratios tend to be edge-on disks reddened by dust lanes. Simple, visually inferred attenuation corrections bring the visual colors of these galaxies in line with those of face-on disks; ie, PAH emission is closely related to attenuation-corrected, optically inferred star-formation rates. Blue galaxies with anomalously low PAH-to-star ratios are all low-luminosity star-forming galaxies. There is some weak evidence in this sample that the deficiency in PAH emission for these low-luminosity galaxies may be related to emission-line metallicity.

研究动机与目标

• 利用重叠的斯皮策与SDSS数据，调查星系中红外PAH发射与光学性质之间的关系。
• 确定低光度星形成星系是否表现出与更明亮星系相比的异常PAH发射。
• 评估金属度、尘埃几何结构或辐射场是否可解释低光度系统中观测到的PAH缺乏现象。
• 评估PAH发射在不同星系光度和金属度范围内的星形成速率示踪可靠性。
• 探讨PAH发射多样性对大规模巡天中光度红移和K校正的影响。

提出的方法

• 将313个经目视选择的SDSS星系与斯皮策IRAC 3.5和7.8 μm波段的光度进行交叉匹配，数据来自首次巡天（First Look Survey）。
• 使用IRAC [3.5]星等作为星光的代理，[7.8]星等作为星际介质中PAH发射的示踪。
• 分析[3.5]–[7.8]颜色作为PAH与恒星光比的代理，与光学颜色、光度和形态学相关联。
• 对SDSS星等应用K校正，将红移z ≈ 0.1处的星等转换为静止系光学颜色，实现在不同红移间的一致比较。
• 通过发射线比值（如[N II]/[O II]）评估金属度，并将其与低光度星系中PAH与恒星光比相关联。
• 通过比较光度趋势与红移分布，检验K校正偏差的影响；发现缺失K校正无法解释研究结果。

实验结果

研究问题

• RQ1 为何低光度星形成星系在斯皮策7.8 μm波段表现出异常偏低的PAH发射？
• RQ2 低光度星系中PAH发射的缺乏是否与低金属度有关？
• RQ3 PAH与恒星光比如何随星系光度和光学颜色变化，这对星形成示踪剂意味着什么？
• RQ4 矮星系中尘埃几何结构或辐射场在多大程度上抑制了可探测的PAH发射？
• RQ5 PAH发射的多样性如何影响大规模巡天中光度红移估计与K校正方案？

主要发现

• 低光度星形成星系（矮星系）相对于恒星光表现出显著的PAH发射缺乏，[3.5]–[7.8]颜色异常偏低。
• PAH与恒星光比与光度强相关，最低值出现在样本中光度最低的星系中。
• 存在微弱但具提示性的证据表明，低光度星系中PAH缺乏与低发射线金属度相关。
• 该趋势并非由缺失K校正引起，因为光度-红移分布无法解释观测到的PAH缺乏。
• 红色、被动星系的PAH发射偏低，符合预期；但具有尘埃带的侧向红色盘状星系在校正视觉消光后表现出增强的PAH发射。
• PAH发射仅在明亮星系中是可靠的星形成速率示踪剂；其可靠性在低质量、低金属度系统中失效。