[论文解读] Modeling the spectral energy distribution of galaxies. II. Disk opacity and star formation in 5 edge-on spirals

A. Misiriotis, C. C. Popescu+2 more|ArXiv.org|Apr 20, 2001

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 1被引用 71

一句话总结

本研究利用辐射转移与尘埃发射建模，从紫外到亚毫米波段对五种边缘朝向的螺旋星系的光谱能量分布（SED）进行建模。结果表明，年轻星族主导了尘埃加热（贡献高达60%），星形成率（SFR）按盘面面积归一化后范围为 $7 \times 10^{-4}$ 至 $2 \times 10^{-2}\,{\rm M}_{\odot}\,{\rm yr}^{-1}\,{\rm kpc}^{-2}$，与面向星系的趋势及Kennicutt-Schmidt定律一致。

ABSTRACT

Using tools previously described and applied to the prototype galaxy NGC 891, we model the optical to far-infrared spectral energy distributions (SED) of four additional edge-on spiral galaxies, namely NGC 5907, NGC 4013, UGC 1082 and UGC 2048. Comparing the model predictions with IRAS and, where available, sub-millimeter and millimeter observations, we determine the respective roles of the old and young stellar populations in grain heating. In all cases, the young population dominates, with the contribution of the old stellar population being at most 40%, as previously found for NGC 891. After normalization to the disk area, the massive star-formation rate (SFR) derived using our SED modeling technique, which is primarily sensitive to the non-ionizing ultraviolet output from the young stellar population, lies in the range 7e-4 - 2e-2 M_sun * yr^-1 * kpc^-2. This is consistent with normalized SFRs derived for face-on galaxies of comparable surface gas densities from H_alpha observations. Though the most active star-forming galaxy of the five in absolute terms, NGC 891 is not an exceptional system in terms of its surface density in SFR.

研究动机与目标

• 将边缘朝向螺旋星系的SED建模工作从原型星系NGC 891扩展至更广泛的样本。
• 确定老年与年轻星族在星系盘中尘埃加热中的相对贡献。
• 通过对外部非电离紫外辐射敏感的SED建模，推导并验证星形成率（SFR）面密度。
• 检验NGC 891在星形成活动方面是否与其他正常螺旋星系相比具有特殊性。
• 将SED推导的SFR与基于Hα的SFR进行比较，评估其与Kennicutt-Schmidt定律的一致性。

提出的方法

• 对边缘朝向星系应用辐射转移模型，假设恒星与尘埃呈‘夹心’几何结构，具有不同的标高。
• 利用IRAS、亚毫米波及毫米波设施的多波段观测数据，约束从紫外到远红外的SED。
• 采用颗粒尺寸分布及小颗粒的随机加热模型，重现FIR/亚毫米波段的SED形态。
• 以年轻星族的非电离紫外辐射作为SED建模的主要约束条件。
• 通过将总SFR归一化至3倍恒星标长所定义的盘面面积，计算盘面平均SFR面密度。
• 利用双尘埃盘模型验证结果，并与基于Hα的SFR及Kennicutt-Schmidt定律进行比较。

实验结果

研究问题

• RQ1 在边缘朝向螺旋星系中，老年与年轻星族对尘埃加热的相对贡献如何？
• RQ2 SED推导的星形成率面密度与边缘朝向系统中基于Hα观测的SFR相比如何？
• RQ3 NGC 891在星形成率面密度方面是否在正常螺旋星系中属于异常值？
• RQ4 基于非电离紫外辐射的SED建模在多大程度上能重现观测到的FIR与亚毫米波通量？
• RQ5 边缘朝向螺旋星系的推导SFR是否遵循面向盘星系的Kennicutt-Schmidt定律？

主要发现

• 在所有五个边缘朝向螺旋星系中，年轻星族主导了尘埃加热，对总能量输入的贡献至少达到60%。
• 老年星族对尘埃加热的贡献最多为40%，与NGC 891的早期发现一致。
• 基于SED建模推导的SFR面密度范围为 $7 \times 10^{-4}$ 至 $2 \times 10^{-2}\,{\rm M}_{\odot}\,{\rm yr}^{-1}\,{\rm kpc}^{-2}$，其中NGC 4013在绝对值上最为活跃。
• 经过消光修正后，SED推导的SFR与基于Hα的SFR一致，支持该方法的可靠性。
• NGC 891在SFR面密度方面并非异常，表明其延伸的电离气体与热气体晕并非由异常高的星形成驱动。
• 标准SED模型推导的SFR与更复杂的双尘埃盘模型结果一致，验证了该方法的稳健性。