[论文解读] Dust and Nebular Emission. I. Models for Normal Galaxies

P. Panuzzo, A. Bressan+3 more|ArXiv.org|Jul 4, 2003

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 60被引用 71

一句话总结

本文通过将CLOUDY光离化模拟与GRASIL谱能谱合成代码相结合，提出了一种在星系形成星系中对电离气体发射进行物理解耦的模型，考虑了尘埃再处理和年龄相关的消光效应。主要贡献在于在紫外至射电波段对恒星形成率（SFR）指标进行了稳健校准，表明FIR/UV比值提供了最精确的SFR估计，不确定性最小，而基于Hα的SFR估计仍显著受年龄选择性消光影响。

ABSTRACT

We present a model for nebular emission in star forming galaxies, which takes into account the effects of dust reprocessing. The nebular emissions have been computed with CLOUDY and then included into GRASIL, our spectrophotometric code specifically developed for dusty galaxies. The interface between nebular emission and population synthesis is based on a set of pre-computed HII region emission models covering a wide range of physical quantities. Concerning the extinction properties of normal star forming galaxies, we are able to interpret the observed lack of correlation between the attenuation measured at Halpha and in the UV band as a consequence of age selective extinction. We also find that, for these galaxies with modest SFR, the ratio FIR/UV provides the best constraints on the UV attenuation. Our model also allows to deal with different SFR estimators in a consistent way, from the UV to radio wavelengths, and to discuss the uncertainties arising from the different physical conditions encountered in star forming galaxies. We provide our best estimates of SFR/luminosity calibrations, together with their expected range of variation. It results that SFR derived through Halpha, even when corrected for extinction using the Balmer decrement, is affected by important uncertainties due to age selective extinction. Another remarkable result is that SFR from UV luminosity corrected by means of the ratio FIR/UV has a small uncertainty. Finally, our model provides a calibration of SFR from radio luminosity; we are also able to reproduce the observed FIR/radio ratio.

研究动机与目标

• 开发一种在正常星系中对电离气体发射进行物理解耦的模型，包含尘埃再处理效应。
• 通过引入年龄选择性消光，解决正常星系中Hα与UV消光之间缺乏相关性的观测问题。
• 在考虑星系形成区物理条件变化的前提下，提供从紫外至射电波段的SFR指标的精确、物理解释性校准。
• 通过在统一的、考虑尘埃的框架内比较不同示踪剂（Hα、[O II]、FIR、射电），提高SFR估计的可靠性。

提出的方法

• 利用CLOUDY代码计算从紫外到红外波段的电离气体发射（连续谱和60条谱线），覆盖广泛的物理参数：金属丰度、密度、几何构型和电离光子速率。
• 将预先计算的H II区模型与GRASIL（一种谱能谱合成代码）对接，以实现具有真实几何构型和年龄相关消光的尘埃再处理建模。
• 采用电离连续谱的解析近似（H和He电离通量）以推导有效温度和光学厚度，确保与完整单星种群（SSP）光谱的一致性。
• 通过在球对称几何构型中对体积平均积分计算电离参数，考虑电离通量和密度的径向变化。
• 通过将恒星与尘埃的相对几何构型与星族演化阶段关联，实现对尘埃消光年龄依赖性的建模。
• 通过将不同波段的合成光度与观测指标（包括巴耳末减量和FIR/UV比值）进行比较，推导SFR校准。

实验结果

研究问题

• RQ1 为何在正常星形成星系中，Hα与UV消光之间缺乏强相关性？
• RQ2 年龄选择性消光如何影响基于Hα的SFR测量的可靠性？
• RQ3 当正确考虑尘埃再处理时，哪种SFR指标最为准确？
• RQ4 在不确定性和一致性方面，不同SFR估算器（UV、Hα、FIR、射电）如何比较？
• RQ5 能否在一个包含电离气体和尘埃发射的模型中自洽地重现FIR/射电比值？

主要发现

• 观测到的Hα与UV消光之间缺乏相关性，是由于年龄选择性消光所致：更年轻、更高质量的恒星比年老、质量较小的恒星受到更强的尘埃影响。
• FIR/UV比值作为SFR指标最为可靠，不确定性最小，因其对尘埃消光复杂几何构型和年龄依赖性的敏感度较低。
• 即使通过巴耳末减量进行校正，基于Hα的SFR估计仍受年龄选择性消光效应影响，存在显著不确定性。
• 该模型成功再现了观测到的FIR/射电比值，验证了其对尘埃再处理和恒星形成示踪剂的处理能力。
• 该模型提供了新的、基于物理的SFR/光度校准，具有明确定义的不确定度范围，显著提升了从紫外至射电波段的一致性。
• 电离连续谱的解析近似与完整SSP光谱的匹配精度在可接受范围内，从而实现了对谱线发射的高效计算。