[论文解读] PEGASE.2, a metallicity-consistent spectral evolution model of galaxies: the documentation and the code

Michel Fioc, B. Rocca‐Volmerange|arXiv (Cornell University)|Dec 9, 1999

Astronomy and Astrophysical Research被引用 55

一句话总结

PEGASE.2 是一个金属丰度一致的星系光谱演化模型，通过使用非太阳金属丰度的恒星演化轨道、Lejeune 等人的恒星库以及消光的辐射转移，合成出模拟光谱和测光颜色。该模型可在不同金属丰度、恒星形成历史和滤光片下实现对星系演化的精确建模，全面支持通过模块化 Fortran 代码和数据文件自定义初始质量函数（IMF）、恒星形成率（SFR）和滤光片响应。

ABSTRACT

We provide here the documentation of the new version of the spectral evolution model PEGASE. PEGASE computes synthetic spectra of galaxies in the UV to near-IR range from 0 to 20 Gyr, for a given stellar IMF and evolutionary scenario (star formation law, infall, galactic winds). The radiation emitted by stars from the main sequence to the pre-supernova or white dwarf stage is calculated, as well as the extinction by dust. A simple modeling of the nebular emission (continuum and lines) is also proposed. PEGASE may be used to model starbursts as well as old galaxies. The main improvements of PEGASE.2 relative to PEGASE.1 (Fioc & Rocca-Volmerange 1997) are the following: (1)The stellar evolutionary tracks of the Padova group for metallicities between 0.0001 and 0.1 have been included; (2)The evolution of the metallicity of the interstellar medium (ISM) due to SNII, SNIa and AGB stars is followed. Stars are formed with the same metallicity as the ISM (instead of a solar metallicity in PEGASE.1), providing thus a metallicity-consistent model; (3)Lejeune et al.'s library of stellar spectra is used; (4)The extinction by dust is computed for geometries corresponding to disk and spheroidal galaxies using a radiative transfer code taking into account the scattering. The main outputs (as a function of time) are spectra, colors and magnitudes in various photometric systems, luminosities, type II and Ia supernovae rates, line intensities and equivalent widths, amount and metallicity of stars and gas, mass locked in stellar remnants, optical depth and total dust emission. The corresponding article (Fioc & Rocca-Volmerange 2000) will be submitted soon. A detailed modeling of the spectrum of the dust emission and of HII regions (Moy, Rocca-Volmerange & Fioc 2000) will be included in future versions.

研究动机与目标

• 开发一个在恒星演化轨道和模拟光谱中一致整合非太阳金属丰度的光谱演化模型。
• 实现对不同恒星形成历史和金属丰度下星系测光和光谱能量分布的精确计算。
• 为研究人员提供一个灵活且可扩展的框架，用于自定义初始质量函数、恒星形成率和滤光片响应。
• 通过辐射转移支持消光建模，并为未来扩展至远红外和电离气体发射提供支持。
• 提供一个公开可用、文档齐全的基于 Fortran 的代码库，以实现星系合成模拟的可重复性。

提出的方法

• 使用 Padova 团队提供的金属丰度 Z = 0.0001 至 Z = 0.10 的恒星演化轨道，对大质量恒星和星周阶段采用插值伪轨道。
• 采用 Lejeune 等人（1997, 1998）的恒星库，覆盖不同有效温度和金属丰度下的光谱能量分布。
• 在第一巨星支使用 Reimers 质量损失律（η = 0.4），在热脉动 AGB 阶段使用 η = 4，结合辐射转移模型，模拟尘埃消光和光谱演化。
• 通过模块化 Fortran 77 管道计算模拟光谱和测光：SSPs.f 用于单个星族，scenarios.f 用于输入恒星形成率，spectra.f 用于完整光谱合成，colors.f 用于计算星等和颜色。
• 通过外部文件中定义的分段幂律支持自定义初始质量函数（IMF），并提供 10 种标准 IMF（如 Salpeter、Kroupa、Kennicutt）。
• 通过 filters.dat 中的结构化输入格式支持用户定义滤光片，支持通量、星等和 D4000 指数的校准选项。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何在广泛金属丰度范围内（包括低于太阳和高于太阳的值）准确计算模拟星系光谱？
• RQ2 不同恒星形成历史和初始质量函数对预测的光谱能量分布和测光颜色有何影响？
• RQ3 如何通过辐射转移和质量损失方案在光谱合成中一致地模拟尘埃消光？
• RQ4 该模型在多大程度上可扩展以包含电离气体发射和远红外贡献，从而实现更完整的星系 SED？
• RQ5 用户如何在不修改核心代码的前提下，通过自定义新滤光片、IMF 或恒星形成率律来扩展模型？

主要发现

• PEGASE.2 可为任意组合的金属丰度（Z = 0.0001 至 Z = 0.10）、恒星形成历史和 IMF 的星系提供模拟光谱和测光。
• 该模型成功将非太阳金属丰度的演化轨道与 Lejeune 恒星库集成，实现了全金属丰度范围内的一致光谱合成。
• 采用 η = 0.4 和 η = 4 的质量损失方案结合辐射转移，能准确再现观测到的光谱特征和消光效应。
• 通过分段幂律支持用户自定义 IMF，SSPs.f 模块确保了归一化和连续性。
• 用户可通过修改 filters.dat 并运行 calib.f 扩展新滤光片，完全控制透射率和校准类型。
• 模型输出归一化的绝对星等、单色光度，以及发射线的光度/等效宽度，其中 HII.dat 提供相对于 Hβ 的线强度。