[论文解读] Constraints on Dusty Star Formation at High Redshift from Ultraviolet, Far-Infrared, and Radio Surveys

Kurt L. Adelberger, Charles C. Steidel|arXiv (Cornell University)|Jan 8, 2000

Astronomy and Astrophysical Research被引用 1

一句话总结

本文研究了紫外、亚毫米波红外和射电光度之间的局部经验相关性是否能可靠地估算高红移星系的总辐射星形成率。研究发现，假设1<z<5红移区间的紫外选星系遵循局部尘埃再辐射规律，即可完全解释850 μm背景辐射和源数密度，而无需引入大量未探测到的、高度尘埃遮蔽的星系。

ABSTRACT

If high-redshift galaxies resemble rapidly star-forming galaxies in the local universe, most of the luminosity emitted by their massive stars will have been absorbed by dust and re-radiated at far-infrared wavelengths that are largely inaccessible to ground-based observations. The bolometric luminosity produced by star formation in distant galaxies must be estimated indirectly through empirical, locally established correlations between bolometric luminosity and fluxes at far-UV, mid-IR, sub-mm, and radio wavelengths. Data from the local universe, which we review and quantify, suggest that observations in each of these more accessible wave bands can constrain the bolometric luminosity of rapidly star-forming galaxies to within ~ 0.3 dex. We assemble the limited evidence that high-redshift galaxies obey these locally calibrated correlations. Observations of the far-UV, sub-mm, radio, and mid-IR fluxes of galaxies at 1&lt;z&lt;3 are largely consistent with the idea that the same correlations exist for star-forming galaxies at high redshift. We show that, if this is the case, then known UV-selected galaxy populations at 1&lt;z&lt;5 could by themselves account for the entire 850 micron background and the shape of the observed 850 micron number counts, provided they have the same distribution of dust opacities as inferred for the well studied Lyman-break galaxies at z~3. None of the available data at 850 microns appear to require a significant fraction of star formation in the universe to have occurred in galaxies so heavily obscured by dust that they could not be detected in UV-selected surveys.

研究动机与目标

• 评估局部星系中紫外、亚毫米波红外与射电光度之间的经验相关性是否可可靠地外推至高红移星形成星系。
• 确定1<z<5红移区间内已知的紫外选星系群体是否足以解释观测到的亚毫米波背景辐射与源数密度。
• 检验观测到的850 μm背景辐射是否需要存在大量高度尘埃遮蔽、紫外波段未探测到的星系。
• 评估从z~3莱曼断裂星系推导出的尘埃消光函数是否适用于更高红移的星系群体。

提出的方法

• 利用本地星形成星系的经验相关性，从可观测的紫外、亚毫米波红外与射电流量估算总辐射光度。
• 将这些相关性应用于具有1<z<3红移区间内紫外、亚毫米波、中红外与射电数据的高红移星系。
• 将紫外选星系预测的850 μm背景辐射与源数密度与实际观测值进行比较。
• 假设尘埃消光函数来自研究充分的z~3莱曼断裂星系，以模拟恒星辐射向远红外波段的再辐射过程。
• 评估观测到的850 μm流量与基于紫外选样本预测值之间的一致性。
• 检验数据是否要求存在额外的、在紫外巡天中未被探测到的高度遮蔽星形成活动。

实验结果

研究问题

• RQ1 局部星系中紫外、亚毫米波红外与射电光度之间的经验相关性是否可可靠地应用于高红移星形成星系？
• RQ2 在1<z<5红移区间内，紫外选星系在多大程度上可解释观测到的850 μm宇宙背景辐射？
• RQ3 观测到的850 μm源数密度是否需要存在大量尘埃遮蔽、紫外波段未探测到的星系？
• RQ4 从z~3莱曼断裂星系推导出的尘埃消光函数是否适用于更高红移的星形成星系？
• RQ5 如果局部相关性成立，高红移宇宙中有多大比例的恒星形成活动可能因高度遮蔽而无法被紫外巡天探测到？

主要发现

• 1<z<3红移区间星系的紫外、亚毫米波、中红外与射电流量观测结果，与本地星形成星系中观测到的经验相关性一致。
• 若高红移星系遵循局部相关性，则1<z<5红移区间内的紫外选星系群体可完全解释观测到的850 μm宇宙背景辐射。
• 在假设尘埃消光函数与z~3莱曼断裂星系相同的前提下，紫外选星系可重现观测到的850 μm源数密度分布形态。
• 目前没有迹象表明高红移星形成活动主要发生在紫外波段完全不可见的极端尘埃遮蔽星系中。
• 850 μm波段的数据并不要求存在大量未探测到的、高度尘埃遮蔽的星形成星系。
• 利用这些相关性估算总辐射光度时，其离散度在~0.3 dex以内，支持其在高红移应用中的可靠性。