[论文解读] GMASS ultradeep spectroscopy of galaxies at z ~ 2. IV. The variety of dust populations

Stefan Noll, D. Pierini+15 more|arXiv (Cornell University)|Mar 24, 2009

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 110被引用 53

一句话总结

本研究利用GMASS巡天提供的深部FORS 2光谱，分析了78个高红移星系（1 < z < 2.5）的紫外消光曲线，发现其中30%表现出显著的2175 Å紫外凸起——表明其尘埃性质与银河系或大麦哲伦云相似，而非小麦哲伦云。结果表明，渐近巨星分支恒星的尘埃已显著富集星际介质，LMC型消光曲线及展宽的紫外凸起指向具有高效尘埃自遮蔽的剧烈活跃环境。

ABSTRACT

The properties of dust attenuation at rest-frame UV wavelengths are inferred from very high-quality FORS2 spectra of 78 galaxies from the GMASS survey at 1

研究动机与目标

• 确定1 < z < 2.5高红移星形成星系中尘埃消光曲线的性质。
• 评估2175 Å紫外凸起——指示特定尘埃颗粒群体——是否存在于这些星系中，从而挑战高红移星暴中尘埃为SMC型的假设。
• 探讨紫外凸起存在对尘埃颗粒组成、恒星群体年龄及星系外流的影响。
• 评估通常用于高红移星系的Calzetti定律在紫外凸起存在时是否能充分描述尘埃衰减。

提出的方法

• 利用高质量的FORS 2光谱分析GMASS巡天中78个星系的rest-frame紫外连续谱。
• 通过辐射转移与星族合成模型拟合紫外消光曲线，并对2175 Å特征进行参数化拟合。
• 采用洛伦兹型轮廓拟合以表征紫外凸起的形状与宽度。
• 将紫外凸起的存在与强度与红外光度（8 µm）、紫外斜率及星际吸收线的等效宽度相关联。
• 在星系风或超新星风的假设下建模尘埃分布，以评估其对观测消光曲线的影响。
• 将结果与本地消光律（银河系、LMC、SMC）及Calzetti定律对比，以评估模型的充分性。

实验结果

研究问题

• RQ1 1 < z < 2.5的高红移星形成星系是否在其消光曲线中表现出2175 Å紫外凸起，表明其尘埃与银河系或LMC相似？
• RQ2 这些星系中紫外凸起的宽度与强度与本地消光律（尤其是LMC与SMC）相比如何？
• RQ3 紫外凸起的存在对尘埃颗粒组成及渐近巨星分支（AGB）恒星在早期星系演化中作用有何启示？
• RQ4 星系风或超新星风在多大程度上影响这些高红移系统中观测到的消光曲线？
• RQ5 Calzetti定律能否准确描述这些星系中的尘埃衰减，还是需要采用包含紫外凸起的修正定律？

主要发现

• 在78个1 < z < 2.5的GMASS星系中，至少30%表现出显著的2175 Å紫外凸起，表明其尘埃性质与银河系或大麦哲伦云相似，而非小麦哲伦云。
• 这些星系中的紫外凸起通常仅为LMC和银河系中观测值的60%宽，表明其尘埃环境与30 Doradus附近的超大星云壳LMC 2相似。
• 表现出明显紫外凸起的星系具有更高的rest-frame 8 µm光度，表明多环芳烃（PAHs）发射更强，而PAHs是AGB恒星演化的产物。
• 这些星系的紫外星际吸收线（如Si、S、C、Fe、Mg）具有更大的等效宽度，表明恒星群体更演化且金属丰度更高。
• 紫外凸起的存在表明多种尘埃载体——可能包括有机碳与非晶硅酸盐——已存在，支持z ~ 2时AGB恒星即已启动早期尘埃生成。
• 具有LMC型消光曲线的星系表现出更高的尘埃含量与更强的紫外消光，表明尘埃自遮蔽与高恒星形成率有助于在恶劣环境中保留小尺寸尘埃颗粒。