[论文解读] Modelling the spectral energy distribution of ULIRGs II: The energetic environment and the dense interstellar medium

O. Vega, M. S. Clemens+5 more|ArXiv.org|Dec 7, 2007

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 146被引用 52

一句话总结

本研究利用星暴与AGN复合模型，在近红外至射电波段对30个ULIRG的光谱能量分布（SED）进行建模，发现所有系统中星暴主导了能量输出。研究发现，仅有30%的样本中AGN贡献超过红外光度的10%，且随着星暴年龄增长，恒星形成效率下降一个数量级，表明AGN阶段持续时间短暂，且与特定星暴阶段无紧密关联。

ABSTRACT

We fit the near-infrared to radio spectral energy distributions of 30 luminous and ultra-luminous infrared galaxies with pure starburst models or models that include both starburst and AGN components to determine important physical parameters for this population of objects. In particular we constrain the optical depth towards the luminosity source, the star formation rate, the star formation efficiency and the AGN fraction. We find that although about half of our sample have best-fit models that include an AGN component, only 30% have an AGN which accounts for more than 10% of the infrared luminosity, whereas all have an energetically dominant starburst. Our derived AGN fractions are generally in good agreement other measurements based in the mid-infrared line ratios measured by Spitzer IRS, but lower than those derived from PAH equivalent widths or the mid-infrared spectral slope. Our models determine the mass of dense molecular gas via the extinction required to reproduce the SED. Assuming that this mass is that traced by HCN, we reproduce the observed linear relation between HCN and infrared luminosities found by Gao & Solomon. We also find that the star formation efficiency, defined as the current star formation rate per unit of dense molecular gas mass, is enhanced in the ULIRGs phase. If the evolution of ULIRGs includes a phase in which an AGN contributes an important fraction to the infrared luminosity, this phase should last an order of magnitude less time than the starburst phase. Because the mass of dense molecular gas which we derive is consistent with observations of the HCN molecule,it should be possible to estimate the mass of dense, star-forming molecular gas in such objects when molecular line data are not available.

研究动机与目标

• 通过SED拟合，确定星暴与AGN在ULIRG中对红外光度的相对贡献。
• 约束关键物理参数，如光学深度、恒星形成率、恒星形成效率以及致密分子气体质量。
• 评估中红外诊断方法（如PAH特征、光谱斜率）在估算AGN比例方面与SED建模的一致性。
• 检验推导出的致密分子气体质量与HCN观测结果及Gao & Solomon (2004a)相关性的自洽性。
• 探究AGN活动是否与星暴演化特定阶段存在时间关联。

提出的方法

• 使用纯星暴模型和包含星暴与AGN组分的混合模型，对30个ULIRG的近红外至射电波段SED进行拟合。
• 利用尘埃消光与再辐射模型估算光学深度，并根据红外SED形状推断致密分子气体质量。
• 应用尘埃与气体质量比，将尘埃质量转换为分子气体质量，假设HCN可追踪致密气体。
• 将推导出的AGN比例与独立诊断方法进行比较：中红外线比（Ne[V]/Ne[II]、O[IV]/Ne[II]）、PAH等效宽度及光谱斜率。
• 将恒星形成效率（SFE）定义为当前恒星形成率与致密分子气体质量之比，追踪其随星暴年龄的演化。
• 对IR光度进行AGN贡献修正，以检验其与观测到的HCN-光度相关性的自洽性。

实验结果

研究问题

• RQ1 在8–1000 µm波段范围内，有多少比例的ULIRG中AGN贡献超过其红外光度的10%？
• RQ2 AGN活动是否与ULIRG中星暴演化的特定阶段存在时间关联？
• RQ3 SED推导出的AGN比例与基于中红外诊断（如PAH特征和光谱斜率）推断的比例相比如何？
• RQ4 恒星形成效率在ULIRG中如何随星暴年龄演化？
• RQ5 从SED建模推导出的致密分子气体质量能否再现Gao & Solomon (2004a)发现的观测HCN-光度相关性？

主要发现

• 仅有30%（30个中的9个）的ULIRG中AGN在8至1000 µm波段贡献超过其红外光度的10%，所有系统均以恒星形成主导。
• 推导出的AGN比例与中红外线比（Ne[V]/Ne[II]、O[IV]/Ne[II]）结果一致，但显著低于基于PAH等效宽度或中红外光谱斜率推断的值。
• 随着星暴从早期演化至晚期阶段，恒星形成效率下降约一个数量级，表明单位致密分子气体质量的恒星形成率随时间下降。
• 推导出的HCN通量与致密分子气体质量之间的转换因子比Gao & Solomon (2004a)假设的值小2倍，与他们自身的建议及其他研究一致。
• 在对AGN贡献进行修正后，即使少数具有显著AGN能量贡献的ULIRG也位于HCN-光度相关关系上，证实了该方法的稳健性。
• 数据表明，若AGN活动是ULIRG演化的一部分，其能量贡献仅持续数百万年——比星暴阶段短约一个数量级。