[论文解读] Observations of Ultraluminous Infrared Galaxies with the Infrared Spectrograph on the Spitzer Space Telescope II: The IRAS Bright Galaxy Sample

L. Armus, V. Charmandaris+14 more|HAL (Le Centre pour la Communication Scientifique Directe)|Oct 6, 2006

Astronomy and Astrophysical Research被引用 5

一句话总结

本研究基于史匹哲望远镜IRS的中红外光谱（5–38 μm）对IRAS明亮星系样本中的10个超亮红外星系（ULIRGs）进行了分析，揭示了极端的尘埃消光（A_V高达≥78 mag）、可变的硅酸盐光学深度（τ_9.7 ≥ 4.2），以及通过水冰和碳氢化合物吸收所体现的屏蔽分子云存在的证据。主要发现包括：[NeV]/[NeII]比值偏低，与强活动星系核（AGN）活动不一致，提示在高红移ULIRG分类中存在诊断差异。

ABSTRACT

We present spectra taken with the Infrared Spectrograph on Spitzer covering the 5-38 micron region of the ten Ultraluminous Infrared Galaxies (ULIRGs) found in the IRAS Bright Galaxy Sample. Among the BGS ULIRGs, we find a factor of 50 spread in the rest-frame mid to far-infrared spectral slope. The 9.7 micron silicate optical depths range from less than 0.4 more than 4.2, implying line of sight extinctions of A(V) ~ 8 - 78 mag. There is evidence for water ice and hydrocarbon absorption and C2H2 and HCN absorption features in four and possibly six of the 10 BGS ULIRGs, indicating shielded molecular clouds and a warm, dense ISM. We have detected [NeV] emission in three of the ten BGS ULIRGs, at flux levels of 5-18E-14 erg/cm^2/sec and [NeV] 14.3/[NeII] 12.8 line flux ratios of 0.12-0.85. The remaining BGS ULIRGs have limits on their [NeV]/[NeII] line flux ratios which range from less than 0.15 to less than 0.01. Among the BGS ULIRGs, the AGN fractions implied by either the [NeV]/[NeII] or [OIV]/[NeII] line flux ratios (or their upper limits) are significantly lower than implied by the MIR slope or EQW of the 6.2 micron PAH feature. Fitting the SEDs, we see evidence for hot (T > 300K) dust in five of the BGS ULIRGs, with the fraction of hot dust to total dust luminosity ranging from ~1-23%, before correcting for extinction. When integrated over the IRAC-8, IRS blue peakup, and MIPS-24 filter bandpasses, the IRS spectra imply very blue colors for some ULIRGs at z ~ 1.3. This is most extreme for sources with significant amounts of warm dust and deep silicate absorption.

研究动机与目标

• 利用高分辨率史匹哲IRS光谱，表征最近、最明亮ULIRGs的中红外谱谱能量分布（SED）。
• 评估中红外诊断指标（如[NeV]/[NeII]、PAH等效宽度）在识别ULIRGs中被掩盖的AGN时的可靠性。
• 研究星际介质中的物理条件，包括尘埃温度、消光程度以及分子云的屏蔽状况。
• 评估强硅酸盐吸收对z ~ 1.3深度巡天中光度颜色的影响。
• 解决不同诊断工具（线比值 vs. SED斜率 vs. PAH特征）在ULIRG中AGN比例估算之间的差异。

提出的方法

• 利用史匹哲空间望远镜对IRAS明亮星系样本中的10个ULIRGs获取高分辨率IRS光谱（5–38 μm）。
• 测量5.5–60 μm波段的光谱斜率和硅酸盐光学深度（τ_9.7），以推断尘埃消光和温度结构。
• 识别并量化吸收特征（H2O冰、碳氢化合物、C2H2、HCN），以推断屏蔽的致密分子气体的存在。
• 测量[NeV]/[NeII]和[OIV]/[NeII]线 flux 比值，以估算AGN贡献，参考AGN和星暴样本进行对比。
• 通过尘埃、PAH和高斯组分拟合SED，估算高温尘埃分数（T > 300 K）和总尘埃 luminosity。
• 在z ~ 1.3下计算光度颜色（IRAC 8 μm/MIPS 24 μm 和 IRS蓝峰/MIPS 24 μm），以评估硅酸盐吸收带来的颜色偏差。

实验结果

研究问题

• RQ1 在最近的ULIRGs中，尘埃消光和硅酸盐光学深度的范围是什么？它们如何影响中红外诊断？
• RQ2 中红外线比值（[NeV]/[NeII]、[OIV]/[NeII]）在多大程度上可靠地指示ULIRGs中被掩盖AGN的存在？
• RQ3 PAH等效宽度和光谱斜率诊断在估算ULIRGs中AGN比例方面如何比较？
• RQ4 高温尘埃（T > 300 K）在这些系统中占总红外 luminosity 的比例是多少？
• RQ5 强硅酸盐吸收如何在z ~ 1.3的深度巡天中导致光度颜色偏差？

主要发现

• 在BGS ULIRGs中，红移系5.5–60 μm光谱斜率变化达50倍，表明尘埃温度和几何结构存在广泛差异。
• 硅酸盐光学深度范围为τ_9.7 ≤ 0.4至τ_9.7 ≥ 4.2，暗示视觉消光从A_V ~ 8 mag至A_V ≥ 78 mag不等。
• 在四至六个ULIRGs中检测到水冰和碳氢化合物吸收特征，表明存在屏蔽的致密分子云。
• 三个ULIRGs显示出[NeV]发射，通量为5–18 × 10⁻¹⁴ erg cm⁻² s⁻¹，[NeV]/[NeII]比值为0.12–0.85，但大多数源的上限≤0.01–0.15。
• 基于[NeV]/[NeII]或[OIV]/[NeII]估算的AGN比例显著低于基于MIR斜率或6.2 μm PAH等效宽度估算的结果。
• 在未进行消光修正的情况下，高温尘埃（T > 300 K）占五個ULIRGs总尘埃 luminosity 的1–23%，其中硅酸盐吸收越深的源贡献越高。