[论文解读] Mid-IR emission of galaxies in the Virgo cluster and in the Coma supercluster.IV. The nature of the dust heating sources

A. Boselli, J. Lequeux+1 more|ArXiv.org|Sep 6, 2004

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 71被引用 36

一句话总结

本研究利用多波段数据，调查了123个邻近的晚型星系中波长5–18 μm的中红外（mid-IR）尘埃发射的起源。研究发现，中红外发射与远红外（FIR）光度的相关性强于与Hα或紫外（UV）示踪剂的相关性，表明其由年轻恒星和演化恒星发出的离散辐射和非电离辐射共同加热。关键结果为：由于强烈的金属丰度依赖性和与HII区无关的弥散发射，中红外光度作为恒星形成率（SFR）示踪剂效果较差。

ABSTRACT

We study the relationship between the mid-IR (5-18 $μ$m) emission of late-type galaxies and various other star formation tracers in order to investigate the nature of the dust heating sources in this spectral domain. The analysis is carried out using a sample of 123 normal, late-type, nearby galaxies with available data at several frequencies. The mid-IR luminosity (normalized to the H-band luminosity) correlates better with the far-IR luminosity than with more direct tracers of the young stellar population such as the H$α$ and the UV luminosity. The comparison of resolved images reveals a remarkable similarity in the H$α$ and mid-IR morphologies, with prominent HII regions at both frequencies. The mid-IR images, however, show in addition a diffuse emission not associated with HII regions nor with the diffuse H$α$ emission. This evidence indicates that the stellar population responsible for the heating of dust emitting in the mid-IR is similar to that heating big grains emitting in the far-IR, including relatively evolved stars responsible for the non-ionizing radiation. The scatter in the mid-IR vs. H$α$, UV and far-IR luminosity relation is mostly due to metallicity effects, with metal-poor objects having a lower mid-IR emission per unit star formation rate than metal-rich galaxies. Our analysis indicates that the mid-IR luminosity is not an optimal star formation tracer in normal, late-type galaxies.

研究动机与目标

• 确定正常晚型星系中波长5–18 μm波段尘埃加热的主要来源。
• 评估中红外发射是否与Hα、UV或远红外（FIR）光度等恒星形成示踪剂的相关性更强。
• 研究与HII区无关的弥散中红外发射在形态学和物理上的起源。
• 量化金属丰度对中红外光度与恒星形成率关系的影响。
• 评估中红外光度在平静旋涡星系中作为恒星形成率指标的可靠性。

提出的方法

• 分析123个邻近、正常、晚型星系的样本，涵盖5–18 μm、Hα、UV和远红外（FIR）波段的多频段数据。
• 将中红外光度归一化至H波段光度，以最小化倾角和距离的影响。
• 比较解析的Hα与中红外图像，评估HII区与中红外发射之间的空间相关性。
• 利用远红外与紫外通量比及巴耳末减量，校正Hα和UV光度的尘埃消光。
• 对光度相关性进行统计分析：中红外与Hα、UV及FIR光度的关系，包括散射分析。
• 通过比较低金属丰度与高金属丰度星系在光度关系中的表现，引入金属丰度效应。

实验结果

研究问题

• RQ1 在晚型星系中，主导加热5–18 μm波段尘埃的恒星种群是什么？
• RQ2 中红外光度与近期恒星形成的直接示踪剂（Hα、UV）和间接示踪剂（远红外）的相关性如何？
• RQ3 与HII区无关的弥散中红外发射在多大程度上表明由演化恒星发出的非电离辐射加热？
• RQ4 金属丰度如何影响单位恒星形成率的中红外发射？
• RQ5 在正常、平静的晚型星系中，中红外光度是否是可靠的恒星形成率指标？

主要发现

• 将中红外光度归一化至H波段光度后，其与远红外光度的相关性强于与Hα或UV光度的相关性。
• 解析图像显示Hα与中红外发射具有强烈的形态相似性，HII区在两个波段均显著。
• 在扣除恒星污染后，中红外图像揭示出与HII区或弥散Hα发射无关的弥散成分。
• 该弥散中红外发射最合理的解释是来自非电离辐射的加热，主要来自演化恒星，表明中红外尘埃加热具有混合恒星起源。
• 中红外与Hα、UV及FIR光度关系中的散射主要源于金属丰度效应，金属贫乏星系单位恒星形成率的中红外发射较低。
• 由于散射和金属丰度依赖性，利用中红外光度推导恒星形成率的不确定性高达约10倍，限制了其在正常晚型星系中作为恒星形成示踪剂的可靠性。