[论文解读] Insights into Galaxy Evolution from Mid-infrared Wavelengths

Ranga‐Ram Chary|arXiv (Cornell University)|Dec 26, 2006

Astronomy and Astrophysical Research被引用 3

一句话总结

该论文利用来自IRAS、ISO和Spitzer的中红外巡天数据，表明在0.5 < z < 3红移区间内约70%的恒星形成被尘埃遮蔽，活动星系核（AGN）对总全波段光度密度的贡献不足20%。研究证明，通过IRAC 4.5 μm波段中红移后的Hα发射线所推断出的高红移星系（z > 5）中的尘埃消光，表明约20%的恒星形成星系存在尘埃，暗示其真实恒星形成率高于紫外测量结果，这对再电离过程提出挑战，要求存在短暂且非均匀的过程，或比标准估计更高的电离逃逸率。

ABSTRACT

In this paper, I have attempted to highlight key results from deep extragalactic surveys at mid-infrared wavelengths. I discuss advances in our understanding of dust enshrouded star-formation and AGN activity at 03 will become possible only with future facilities like ALMA. Currently, the presence of dust can only be assessed in a small fraction of the youngest starbursts at z&gt;5 by looking for redshifted large equivalent width H_alpha emission in broadband filters like the IRAC 4.5 micron passband. H_alpha to UV ratios in these objects are a tracer of dust extinction and measuring this ratio in GOODS galaxies indicate dust in ~20% of star-forming galaxies at z&gt;5. Finally, implications for reionization based on the measured stellar mass density and star-formation rates of galaxies at these redshifts are discussed.

研究动机与目标

• 理解尘埃包裹的恒星形成与活动星系核（AGN）活动在宇宙时间（0 < z < 3）内星系演化中的作用。
• 评估中红外辐射作为遮蔽恒星形成示踪剂的可靠性，及其对全波段光度密度和再电离的影响。
• 评估尘埃消光对高红移（z > 5）紫外恒星形成率测量的影响，特别是通过红移后的Hα发射线。
• 利用多波段测光和演化星暴模型，约束高红移星系的过去恒星形成历史。
• 探讨在z ~ 6时观测到的恒星质量密度与恒星形成率对宇宙大尺度介质再电离的启示。

提出的方法

• 利用IRAS、ISO/ISOCAM和Spitzer/MIPS进行深空外星系中红外波段巡天，以探测被尘埃包裹的源。
• 在IRAC 3.6 μm和4.5 μm波段应用宽带测光，将红移后的Hα发射线作为高红移星系（z > 5）中尘埃消光的示踪指标。
• 采用谱谱能分布（SED）拟合与演化星暴模型，从z ~ 6时观测到的恒星质量与恒星形成率密度外推过去恒星形成率。
• 比较7 μm与70 μm波段的中红外与远红外光度，校准中红外与远红外辐射之间的紧密相关性，作为恒星形成率的示踪指标。
• 应用k校正技术估算静止参考系光度，考虑红移不确定性对中红外谱谱能分布解释的影响。
• 应用e-折叠时间模型（公式1）校正尘埃消光与星暴 timescale 效应，以更准确估算过去恒星形成率。

实验结果

研究问题

• RQ1 在0.5 < z < 3红移区间内，有多少比例的恒星形成被尘埃遮蔽？与未遮蔽的恒星形成相比如何？
• RQ2 AGN（包括被遮蔽的AGN）在z < 3时对总全波段光度密度的贡献有多大？
• RQ3 在z > 5星系中，4.5 μm/3.6 μm流量比作为通过红移后的Hα发射线识别尘埃消光的可靠性如何？
• RQ4 在考虑尘埃消光与e-折叠 timescale 校正后，z ~ 6星系的隐含恒星形成率历史是什么？
• RQ5 在z ~ 6时观测到的恒星质量密度与恒星形成率密度对宇宙大尺度介质再电离过程施加了何种约束？

主要发现

• 在0.5 < z < 3红移区间内，约70%的共动恒星形成率密度被尘埃遮蔽，表明中红外巡天对准确测量恒星形成率至关重要。
• AGN（包括被遮蔽源）对z < 3时共动全波段光度密度的贡献不足20%，表明恒星形成主导了能量输出。
• 在z ~ 2时，恒星形成主要发生在大质量、超亮红外星系（ULIRGs）中；而在z ~ 1时，恒星形成则发生在光度较低的LIRGs中，表明恒星形成主导模式随红移发生变化。
• 约10–20%的z > 5红移区间内经光谱确认的星系表现出因红移后的Hα发射而增强的4.5 μm流量，表明该比例的高红移星暴星系存在尘埃消光。
• 在z > 5星系中，基于Hα的恒星形成率平均约为紫外估算值的三倍，表明存在显著的尘埃消光，且仅依赖紫外数据会系统性低估真实恒星形成率。
• 在z ~ 6时测得的恒星形成率密度比标准估计下再电离宇宙大尺度介质所需的最小值低了超过一个数量级（fesc ~ 0.15，C = 30），表明再电离过程可能为短暂事件，或电离逃逸率高于假设值。