[论文解读] Galaxy Modelling -- I. Spectral Energy Distributions from Far-UV to Sub-mm Wavelengths

Julien Devriendt, B. Guiderdoni+1 more|ArXiv.org|Jun 21, 1999

Calibration and Measurement Techniques被引用 12

一句话总结

本文提出 STARDUST 模型，该模型从远紫外到亚毫米波段自洽地模拟星系的光谱能量分布（SED）。通过将星族合成与金属度依赖的消光模型及现象学尘埃模型相结合，仅使用 IMF、SFR timescale、气体密度和年龄等最少数量的自由参数，即可准确重现本地旋涡星系、星暴星系、LIRGs 和 ULIRGs 的 SED。

ABSTRACT

(abridged) We present STARDUST, a new self-consistent modelling of the spectral energy distributions (SEDs) of galaxies from far-UV to radio wavelengths. In order to derive the SEDs in this broad spectral range, we first couple spectrophotometric and (closed-box) chemical evolutions to account for metallicity effects on the spectra of synthetic stellar populations. We then use a phenomenological fit for the metal-dependent extinction curve and a simple geometric distribution of the dust to compute the optical depth of galaxies and the corresponding obscuration curve. This enables us to calculate the fraction of stellar light reprocessed in the infrared range. In a final step, we define a dust model with various components and we fix the weights of these components in order to reproduce the IRAS correlation of IR colours with total IR luminosities. This allows us to compute far-IR SEDs that phenomenologically mimic observed trends. We are able to predict the spectral evolution of galaxies in a broad wavelength range, and we can reproduce the observed SEDs of local spirals, starbursts, luminous infrared galaxies (LIRGs) and ultra luminous infrared galaxies (ULIRGs). This modelling is so far kept as simple as possible and depends on a small number of free parameters, namely the initial mass function (IMF), star formation rate (SFR) time scale, gas density, and galaxy age, as well as on more refined assumptions on dust properties and the presence (or absence) of gas inflows/outflows.

研究动机与目标

• 开发一种自洽的星系 SED 模型，覆盖从远紫外到亚毫米波段的范围。
• 通过耦合谱测光演化与化学演化，考虑金属度对星族的影响。
• 采用现象学方法建模尘埃消光与再辐射过程，包括消光曲线与尘埃组分权重。
• 重现 IRAS 数据中观测到的红外颜色-光度相关性。
• 在仅使用少量自由参数的前提下，预测多种星系类型中的光谱演化。

提出的方法

• 耦合谱测光与封闭盒化学演化模型，以计算金属度依赖的星族光谱。
• 应用金属度依赖的消光曲线与几何尘埃分布，以计算光学深度与消光效应。
• 采用可调权重的多组分尘埃模型，以重现 IRAS 中红外颜色与总红外光度之间的相关性。
• 将恒星辐射、尘埃消光与再辐射的红外发射整合进统一的 SED 框架。
• 通过观测的 IRAS 红外颜色-光度关系校准尘埃组分权重，确保现象学一致性。
• 通过改变 IMF、SFR timescale、气体密度与星系年龄等关键参数，模拟多种星系类型。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何通过物理与现象学组件的结合，自洽地建模从远紫外到亚毫米波段的星系 SED？
• RQ2 金属度依赖的星族合成与尘埃消光在多大程度上能准确重现本地星系的观测 SED？
• RQ3 一个具有校准组分权重的简化尘埃模型，能否重现 IRAS 中红外颜色与总红外光度之间的相关性？
• RQ4 IMF、SFR timescale、气体密度与星系年龄的变化如何影响预测的 SED？
• RQ5 该模型能否重现包括旋涡星系、星暴星系、LIRGs 与 ULIRGs 在内的多种星系类型的 SED？

主要发现

• STARDUST 模型成功重现了从远紫外到亚毫米波段的本地旋涡星系、星暴星系、LIRGs 与 ULIRGs 的 SED。
• 引入金属度依赖的消光与校准的多组分尘埃模型，使模型能准确再现观测到的 IRAS 红外颜色-光度关系。
• 仅使用 IMF、SFR timescale、气体密度与星系年龄等少量自由参数，模型即与观测高度一致。
• 经校准的 phenomenological 尘埃模型，通过调整组分权重有效模拟了观测到的远红外 SED 趋势，无需复杂的辐射转移计算。
• 该模型表明，在明亮红外星系中，尘埃再辐射过程占总恒星光输出的显著比例。
• 该框架具有鲁棒性与自洽性，将恒星演化、尘埃消光与红外再辐射整合为单一可预测的 SED 模型。