[论文解读] Modelling the spectral energy distribution of galaxies. IV Correcting apparent disk scalelengths and central surface brightnesses for the effect of dust at optical and near-infrared wavelengths

C. Möllenhoff, C. C. Popescu+1 more|ArXiv.org|Jun 22, 2006

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 48被引用 58

一句话总结

本文提出了一种辐射转移模型，用于校正螺旋星系在光学和近红外波段中由尘埃消光引起的观测盘面尺度长度和中心表面亮度的偏差。利用具有物理一致星-尘几何结构的模拟图像，该研究量化了尘埃如何使表观尺度长度最大增加50%，并使中心表面亮度最大改变1.5个星等，且观测到的B波段尺度长度主要由尘埃而非内在尺寸演化驱动。

ABSTRACT

We present corrections for the change in the apparent scalelengths, central surface brightnesses and axis ratios due to the presence of dust in pure disk galaxies, as a function of inclination, central face-on opacity in the B-band (tau^f_B) and wavelength. The correction factors were derived from simulated images of disk galaxies created using geometries for stars and dust which can reproduce the entire spectral energy distribution from the ultraviolet (UV) to the Far-infrared (FIR)/submillimeter (submm) and can also account for the observed surface-brightness distributions in both the optical/Near-infrared and FIR/submm. We found that dust can significantly affect both the scalelength and central surface brightness, inducing variations in the apparent to intrinsic quantities of up to 50 percent in scalelength and up to 1.5 magnitudes in central surface brightness. We also identified some astrophysical effects for which, although the absolute effect of dust is non-negligible, the predicted variation over a likely range in opacity is relatively small, such that an exact knowledge of opacity is not needed. Thus, for a galaxy at a typical inclination of 37 degrees and having any tau^f_B>2, the effect of dust is to increase the scalelength in B relative to that in I by a factor of 1.12 +- 0.02 and to change the B-I central colour by 0.36 +- 0.05 magnitudes. Finally we use the model to analyse the observed scalelength ratios between B and I for a sample of disk-dominated spiral galaxies, finding that the tendency for apparent scalelength to increase with decreasing wavelength is primarily due to the effects of dust.

研究动机与目标

• 校正盘状星系观测的光度参数（尺度长度、中心表面亮度、轴比）受尘埃消光的影响。
• 量化尘埃如何随倾角、B波段面朝上光学深度（τ⁰_B）和波长变化而改变表观尺度长度和表面亮度。
• 确定观测到的尺度长度比值趋势（如B波段与I波段之比）主要是由尘埃引起，还是由内在结构演化引起。
• 提供一个公开可用的、系统化的校正因子集，供研究宇宙时空中星系尺寸演化之用。
• 评估在某些校正中是否需要精确的消光系数知识，鉴于观测趋势对尘埃效应的敏感性。

提出的方法

• 使用从紫外到亚毫米波段的SED拟合推导出的物理上一致的星-尘几何结构，生成面朝上和倾斜的盘状星系模拟图像。
• 应用辐射转移计算，以量化星光通过尘埃的消光和再辐射过程，同时考虑直接消光和亚毫米波段的再发射。
• 对模拟图像拟合无尘指数盘模型，以提取表观光度参数（尺度长度、中心表面亮度、轴比）。
• 将这些表观参数与模拟输入中的真实值进行比较，以推导出尘埃效应的校正因子。
• 系统性地改变倾角（i）、中心面朝上B波段光学深度（τ⁰_B）和波长（B、I、NIR），以生成校正表。
• 通过一个盘主导的螺旋星系样本验证模型，以检验尘埃假说。

实验结果

研究问题

• RQ1 与较长波长（如I波段）相比，尘埃在多大程度上导致了在较短波长（如B波段）观测到的表观盘面尺度长度增加？
• RQ2 由于尘埃消光和几何效应，表观尺度长度和中心表面亮度如何随倾角和光学深度变化？
• RQ3 需要哪些定量校正因子，才能将观测到的（表观）光度参数转换为盘状星系的真实值？
• RQ4 观测到的B波段尺度长度大于I波段尺度长度的趋势，主要是由尘埃引起，还是由内在结构演化引起？
• RQ5 在研究红移演化中星系尺寸变化时，高红移处尘埃消光系数增加所引入的偏差有多大？

主要发现

• 尘埃可使表观盘面尺度长度相对于真实值最大增加50%，具体取决于倾角和光学深度。
• 表观与真实中心表面亮度之比可因尘埃影响而变化最多达1.5个星等，具体取决于消光与倾角引起的柱密度增加之间的平衡。
• 对于典型倾角为37°且τ⁰_B > 2的星系，B波段尺度长度比I波段大12%（因子为1.12 ± 0.02），且B-I中心色指数红化了0.36 ± 0.05个星等。
• 观测到的B波段表观尺度长度大于I波段的趋势主要由尘埃效应引起，而非内在尺寸演化。
• 观测到的B波段与I波段尺度长度比值的离散度（σ = 0.094）与测量误差相当，表明尘埃是导致该趋势的主要物理驱动力。
• 该模型成功再现了盘主导螺旋星系中的观测尺度长度比值，而以往模型在无星系核球的正常星系中未能拟合数据，表现不佳。