[论文解读] Dust in starburst nuclei and ULIRGs: SED models for observers

R. Siebenmorgen, E. Krügel|ArXiv.org|Jun 19, 2006

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 57被引用 119

一句话总结

本论文提出一个公开可访问的光谱能量分布（SED）库，包含7,000个星暴核与超亮红外星系（ULIRGs）的预计算SED，基于具有标准银河系尘埃性质的球对称辐射转移模型。该模型基于星族与嵌入的高温热点，使观测者可通过将观测SED与库中最接近的元素匹配，以极低计算成本估算关键参数——光度、尺寸、尘埃/气体质量与消光，对M82和Arp220等星系实现了极佳拟合。

ABSTRACT

We provide a library of some 7000 SEDs (available at www.eso.org/~rsiebenm) for the nuclei of starburst and ultra luminous galaxies. Its purpose is to quickly obtain estimates of the basic parameters, such as luminosity, size and dust or gas mass and to predict the flux at yet unobserved wavelengths. The procedure is simple and consists of finding an element in the library that matches the observations. The objects may be in the local universe or at high z. We calculate the radiative transfer in spherical symmetry for a stellar cluster permeated by an interstellar medium with standard (Milky Way) dust properties. The cluster contains two stellar populations: old bulge stars and OB stars. Because the latter are young, a certain fraction of them will be embedded in compact clouds which constitute hot spots that determine the MIR fluxes. We present SEDs for a broad range of luminosities, sizes and obscurations. We argue that the assumption of spherical symmetry and the neglect of clumpiness of the medium are not severe shortcomings for computing the dust emission. The validity of the approach is demonstrated by matching the SED of seven of the best studied galaxies, including M82 and Arp220, by library elements. In all cases, one finds an element which fits the observed SED very well, and the parameters defining the element are in full accord with what is known about the galaxy from detailed studies. We also compare our method of computing SEDs with other techniques described in the literature.

研究动机与目标

• 提供一种快速、易访问的方法，利用观测SED估算星暴与ULIRG核的基本物理参数。
• 通过预先计算全面的SED网格，克服为每个源执行完整辐射转移建模的计算负担。
• 验证球对称模型与标准尘埃性质在复杂、团块状星暴环境中的适用性。
• 实现从稀疏或间隔较远的数据点（包括仅MIR与亚毫米波段）进行参数估计。
• 通过将M82与Arp220等著名星系的观测SED与模型进行高保真度匹配，证明该方法的可靠性。

提出的方法

• SED库通过球对称辐射转移模型生成，针对一个包含两代星族的恒星团：老年球状星族与年轻OB星。
• 尘埃性质遵循标准银河系星际介质：包含MRN粒径分布的硅酸盐与非晶碳颗粒，以及多环芳烃（PAHs）。
• 嵌入OB星的热点被建模为紧凑、高密度区域（nhs = 10²–10⁴ cm⁻³），主导中红外发射。
• 模型通过自洽处理消光与热辐射，计算从近红外至亚毫米波段的尘埃加热与再辐射过程。
• 该库覆盖了广泛的总光度（10¹⁰–10¹².⁷ L⊙）、尺寸（0.35–3 kpc）、视觉消光（Av ~ 2–125 mag）与热点密度。
• 观测者通过归一化距离并选择最佳匹配的SED元素来匹配其数据，若需拟合紫外/光学/近红外数据，可额外添加恒星成分。

实验结果

研究问题

• RQ1 球对称、标准尘埃性质的模型能否准确再现复杂、团块状星暴核的SED？
• RQ2 预计算SED库在多大程度上可替代完整辐射转移建模用于参数估计？
• RQ3 在有限波长覆盖下，光度、尺寸、尘埃质量与消光等基本物理参数能被多好地约束？
• RQ4 在低分辨率、远红外观测中，盘面污染对SED拟合有何影响？
• RQ5 仅使用一组最小的MIR与亚毫米数据点（例如Spitzer 8与24 μm及一个亚毫米点）能否可靠约束总光度与尘埃温度？

主要发现

• 该SED库仅使用每个源一个库元素，即可高保真度地再现七颗著名星系（包括M82与Arp220）的观测SED。
• 对于M82与NGC6240等星系，需在库SED中额外添加低光度恒星成分，才能匹配10 μm以短波长的辐射，这可能是由于核区或盘面未被吸收的光。
• 仅使用两个MIR数据点（如Spitzer 8与24 μm）和一个亚毫米点，即可实现约2倍以内的光度约束。
• 球对称假设并未严重限制准确性，因为对高度遮蔽、团块状系统也实现了良好拟合，可能是因为星暴区域物理尺度远大于团块尺度。
• 若核区显著亮于盘面，则在远红外与亚毫米波段盘面污染可忽略不计，这在星暴系统中通常成立。
• 该库可仅通过一个毫米波连续谱点，提供对尘埃质量的稳健估计，且不受内部结构或视线方向影响。