[论文解读] Continuum spectral energy distribution of GRB, SLSN, SB and AGN host galaxies at intermediate redshifts

M. Contini|arXiv (Cornell University)|Jan 10, 2018

Gamma-ray bursts and supernovae参考文献 2被引用 4

一句话总结

本研究通过将气体发射（轫致辐射）和尘埃再辐射与产生观测谱线的同一电离云联系起来，对中红移GRB、SLSN、SB和AGN宿主星系的连续谱谱分布函数（SEDs）进行建模。结果表明，老年星族（T_bb ~ 3000–8000 K）主导了近红外-光学波段的SED，而遮蔽GRB宿主星系中的尘气比（d/g）范围为<0.0001至0.03，随红移增加而上升，并与星形成率趋势相关。

ABSTRACT

Continuum SED models of gamma-ray burst (GRB) and obscured GRB host galaxies at moderately high redshifts are presented and compared with those of superluminous supernovae (SLSN), starburst (SB) and active galactic nuclei (AGN). We consider that continuum radiation (bremsstrahlung) is emitted from the same clouds which emit the line spectrum in each object. Therefore, we have selected from the samples of the GRB host continuum observations those that were previously modelled on the basis of the line spectra, because modelling the continuum SED is less constraining. The bremsstrahlung is generally recognised in the radio and in the UV-X-ray frequency ranges, while dust reradiation peaks in the IR. To reproduce the continuum SED of most of the GRB, SLSN, SB and AGN in the near-IR-optical range, the contribution of an old star background population is needed. This radiation can be reproduced by a black body (bb) corresponding to temperatures T_{bb} =3000-8000 K. The best fit of a few host SEDs includes also the direct contribution of the bb flux from the SB corresponding to Ts about 5 10^4K. d/g calculated by modelling the SEDs of obscured GRB hosts roughly increases with z resembling the SFR trend.

研究动机与目标

• 使用一致的物理模型，对中红移GRB、SLSN、SB和AGN宿主星系的连续SED进行建模。
• 研究电离气体轫致辐射、尘埃再辐射和老年星族对观测SED的贡献。
• 确定尘气比（d/g）在不同宿主类型中的变化情况，及其与红移和星形成率（SFR）的相关性。
• 验证用于建模谱线的相同物理条件是否也能重现连续SED，使用suma代码进行验证。

提出的方法

• 使用suma代码，从光致电离和激波条件下的电离尘埃云中同时建模谱线和连续谱。
• 通过拟合黑体辐射（T_bb ~ 3000–8000 K，来自老年恒星）、直接恒星辐射（T_* ~ 5×10⁴ K）、热等离子体的轫致辐射以及尘埃再辐射，拟合从射电至近红外的观测测光数据。
• 仅选择此前已建模谱线的天体，以减少SED拟合中的歧义，确保谱线与连续谱建模的一致性。
• 通过拟合红外SED计算尘气比（d/g），并考虑尘埃温度、颗粒大小和激波速度（V_s）。
• 使用已发表的样本（Hunt et al., Krühler et al., Perley et al., Ramos Almeida et al.）比较GRB、SLSN、SB和AGN宿主星系的SED，采用一致的SED拟合技术。
• 追踪尘气比（d/g）随红移的演化，并与紫外和红外光度所反映的星形成率趋势进行相关性分析。

实验结果

研究问题

• RQ1 轫致辐射、尘埃再辐射和老年星族对中红移GRB、SLSN、SB和AGN宿主星系连续SED的贡献如何？
• RQ2 遮蔽GRB宿主星系中的尘气比（d/g）范围是多少？其与红移和星形成率（SFR）有何相关性？
• RQ3 相同物理条件在重现谱线的同时，能在多大程度上解释这些宿主星系的观测连续SED？
• RQ4 为何老年星族（T_bb ~ 3000–8000 K）的贡献在拟合这些宿主星系的近红外-光学SED时始终必不可少？
• RQ5 激波速度（V_s）和预激波密度（n₀）如何影响SED中轫致辐射与尘埃发射的相对重要性？

主要发现

• 老年星族背景（以T_bb ~ 3000–8000 K的黑体模型表示）是重现几乎所有GRB、SLSN、SB和AGN宿主星系近红外-光学SED所必需的。
• 遮蔽GRB宿主星系中的尘气比（d/g）范围为<0.0001至0.032，较高值（如GRB980703的d/g = 0.03）表明环境更演化或富含尘埃。
• GRB980703宿主星系表现出强烈的射电辐射，与高温等离子体（T > 10⁵ K）的热轫致辐射一致，其来源与沃尔夫-拉叶星辐射（T_* = 6.5×10⁴ K）相关。
• GRB980425宿主星系的d/g最低（<0.0001），表明尽管星形成活动显著，但尘埃贡献极小。
• 尘气比（d/g）随红移增加而上升，与观测到的星形成率（SFR）随红移增加的趋势一致，提示低红移时尘埃可能因激波而被破坏。
• 激波速度（V_s）和预激波密度（n₀）影响轫致辐射（紫外-X射线）与尘埃发射（红外）在SED中的相对主导地位，较高V_s会抑制高频波段的轫致辐射。