[论文解读] Massive star formation in Wolf-Rayet galaxies. IV: Colours, chemical composition analysis and metallicity-luminosity relations

Á. R. López-Sánchez, C. Esteban|arXiv (Cornell University)|Apr 5, 2010

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 133被引用 81

一句话总结

本研究对20个沃尔夫-拉叶星系进行了全面的多波段分析，结合光学与近红外波段测光、发射线诊断及直接法氧丰度测量，探讨了金属丰度-光度关系与化学演化。结果表明，近红外光度能获得更紧密的L–Z关系，皮鲁金法对氧丰度的估计最佳，沃尔夫-拉叶特征与升高的N/O比值相关，表明氮的富集源于沃尔夫-拉叶恒星的抛射物。

ABSTRACT

(Abridged) We performed a multiwavelength analysis of a sample of starburst galaxies that show the presence of a substantial population of very young massive (WR) stars. Here we present the global analysis of the derived photometric and chemical properties. We compare optical/NIR colours and the physical properties (reddening coefficient, equivalent widths of the emission and underlying absorption lines, ionization degree, electron density, and electron temperature) and chemical properties with previous observations and galaxy evolution models. Attending to their absolute B-magnitude many of them are not dwarf galaxies, but they should be during their quiescent phase. We found that both C(Hb) and Wabs increase with increasing metallicity. We detected a high N/O ratio in objects showing strong WR features. The ejecta of the WR stars may be the origin of the N enrichment in these galaxies. We compared the abundances provided by the direct method with those obtained using empirical calibrations, finding that (i) the Pilyugin method is the best suitable empirical calibration, (ii) the relations between the oxygen abundance and the N2 or the O3N2 parameters provided by Pettini & Pagel (2004) give acceptable results for objects with 12+log(O/H)>8.0, and (iii) the results provided by empirical calibrations based on photoionization models are systematically 0.2-0.3 dex higher than the values derived from the direct method. The O and N abundances and the N/O ratios are related to the optical/NIR luminosity; the dispersion is consequence of the differences in the star-formation histories. Galaxies with redder colours tend to have higher oxygen and nitrogen abundances. Our detailed analysis is fundamental to understand the nature of galaxies showing strong starbursts, as well as to know their star formation history and the relationships with the environment.

研究动机与目标

• 通过详细的化学与测光分析，理解沃尔夫-拉叶星系的恒星形成历史与演化阶段。
• 评估经验金属丰度校准在高金属丰度星暴星系中相对于直接法测量的可靠性。
• 研究星系光度（光学与近红外）与金属丰度之间的关系，特别是氧与氮的丰度。
• 确定更红的颜色是否与更高金属丰度和N/O比值相关，如演化模型所预测。
• 利用基于近红外数据的M_Ks–Z关系，区分潮汐矮星系候选体与原有矮星系。

提出的方法

• 使用NOT、INT、WHT和CAHA望远镜进行多波段测光，以获得B、V、R、I和Ks波段的星等与颜色。
• 分析发射线强度（Hβ、[O ii]、[O iii]、Hα）与吸收线（W_abs），以推导消光（c(Hβ)）、电子温度、密度与电离度。
• 通过[O iii] λ4363的电子温度使用直接法计算氧丰度，其中31个区域获得直接的T_e估计。
• 从线比值计算N/O、S/O、Ne/O、Ar/O与Fe/O丰度比，并与理论模型比较。
• 将经验校准（皮鲁金、佩蒂尼与帕格尔、凯利与多皮塔）与直接法结果对比，以评估准确度与系统性偏差。
• 利用光学与近红外（Ks波段）光度构建光度-金属丰度（L–Z）关系，以评估尘埃消光与爆发/基底星族贡献的影响。

实验结果

研究问题

• RQ1 在沃尔夫-拉叶星系中，光学与近红外颜色如何与金属丰度及恒星形成历史相关？
• RQ2 与直接法氧丰度相比，经验金属丰度校准（如皮鲁金、佩蒂尼与帕格尔）在高金属丰度星暴星系中的表现如何？
• RQ3 当使用光学与近红外光度时，光度-金属丰度关系在多大程度上存在差异？这是否有助于识别潮汐矮星系候选体？
• RQ4 观测到的N/O比值变化由何原因引起？强沃尔夫-拉叶特征与恒星抛射物导致的氮富集之间是否存在关联？
• RQ5 直接法与经验校准法推导的丰度之间是否存在系统性偏差？何种物理机制（如温度涨落）可能解释这些偏差？

主要发现

• 皮鲁金法（使用R23与P参数）在这些星暴星系中对氧丰度的经验估计最为准确，优于其他校准方法。
• 基于光致电离模型的经验校准系统性地高估氧丰度0.2–0.3 dex，可能源于电离气体中的温度涨落。
• 佩蒂尼与帕格尔（2004）关系在12+log(O/H) > 8.0的星系中表现可接受，但在低金属丰度下可靠性较低。
• 当使用近红外（Ks波段）光度时，L–Z关系显著更紧密，有助于更好区分潮汐矮星系候选体与原有矮星系。
• 颜色更红的星系表现出更高的氧与氮丰度，与演化模型及金属丰度依赖的颜色趋势一致。
• 强沃尔夫-拉叶特征与升高的N/O比值相关（例如HCG 31 AC、UM 420、IRAS 0828+2816、III Zw 107、ESO 566-8、NGC 5253），支持沃尔夫-拉叶恒星抛射物是氮富集的来源。