[论文解读] Probing the Dust Properties of Galaxies up to Submillimetre Wavelengths I. The Spectral Energy Distribution of dwarf galaxies using LABOCA

M. Galametz, S. C. Madden+8 more|arXiv (Cornell University)|Sep 30, 2009

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 95被引用 49

一句话总结

本研究利用阿塔卡马大型毫米波/亚毫米波阵列（ALMA）的870 μm LABOCA观测数据，对四颗低金属量矮星系的光谱能量分布（SED）进行建模，发现NGC 1705和哈罗11星系中存在显著的冷尘埃成分（占总尘埃质量的≥70%）。子毫米波数据的引入提高了尘埃质量估算，并揭示了异常高的尘气质量比以及与施密特定律的偏离，暗示存在未被探测到的分子气体储库。

ABSTRACT

We present 870 micron images of four low metallicity galaxies (NGC1705, Haro11, Mrk1089 and UM311) observed with the Large APEX BOlometer CAmera (LABOCA). We model their spectral energy distributions combining the submm observations of LABOCA, 2MASS, IRAS, Spitzer photometric data and the IRS data for Haro11. We find that a significant mass of dust is revealed when using submm constraints compared to that measured with only mid-IR to far-IR observations extending only to 160 microns. For NGC1705 and Haro11, an excess in submillimeter wavelengths is detected and we rerun our SED procedure adding a cold dust component (10K) to better describe the high 870 micron flux derived from LABOCA observations, which significantly improves the fit. We find that at least 70% of the dust mass of these two galaxies can reside in a cold dust component. We also show that the subsequent dust-to-gas mass ratios, considering HI and CO observations, can be strikingly high for Haro11 in comparison with what is usually expected for these low-metallicity environments. Furthermore, we derive the SFR of our galaxies and compare them to the Schmidt law. Haro11 falls anomalously far from the Schmidt relation. These results may suggest that a reservoir of hidden gas could be present in molecular form not traced by the current CO observations. We also derive the total IR luminosities derived from our models and compare them with relations that derive this luminosity from Spitzer bands. We find that the Draine & Li (2007) formula compares well to our direct IR determinations.

研究动机与目标

• 利用多波段SED建模约束低金属量矮星系中的尘埃性质（质量、温度、成分）。
• 评估仅使用短波长数据与加入子毫米波（870 μm）观测数据相比，对尘埃质量与成分估算的影响。
• 探究NGC 1705和哈罗11星系中过量子毫米波发射的成因，并评估冷尘埃成分的存在。
• 推导尘气质量比，并与化学演化模型预期值及HI/CO观测结果进行比较。
• 评估恒星形成率及其与施密特定律的一致性，并将总红外光度与经验公式进行比较。

提出的方法

• 利用阿塔卡马大型毫米波/亚毫米波望远镜（APEX）上的LABOCA仪器，获取四颗矮星系（NGC 1705、哈罗11、Mrk 1089、UM 311）的870 μm连续谱图像。
• 通过结合LABOCA 870 μm数据与2MASS、IRAS、斯皮兹曼（Spitzer）（IRAC/MIPS）以及哈罗11的IRS光谱数据，构建完整的SED。
• 采用包含多环芳烃（PAHs）、非晶硅酸盐和碳质颗粒的尘埃发射模型对SED进行拟合。
• 测试包含与不包含子毫米波约束的模型，以评估其对推导出的尘埃质量与温度分布的影响。
• 引入一个冷尘埃成分（T ≈ 10 K，β = 1），以改善对870 μm流量的拟合，尤其针对NGC 1705和哈罗11星系。
• 从SED模型计算总红外光度（L_TIR），并与经验公式（Draine & Li 2007，Dale & Helou 2002）进行比较。

实验结果

研究问题

• RQ1 在低金属量矮星系中，冷尘埃（T ≈ 10 K）对总尘埃质量的贡献是多少？它是否能解释过量的子毫米波发射？
• RQ2 与仅约束至160 μm的模型相比，子毫米波观测（870 μm）如何影响推导出的总尘埃质量？
• RQ3 这些星系中的尘气质量比是多少？与化学演化模型的预期值及HI/CO观测结果相比如何？
• RQ4 为何哈罗11星系显著偏离施密特定律？这是否可能由于存在未被探测到的分子气体？
• RQ5 经验公式（如Draine & Li 2007）对从SED建模推导出的总红外光度的再现效果如何？

主要发现

• 四颗星系中PAH的质量分数占总尘埃质量的0.08%–0.8%，比银河系低5–50倍。
• 与仅使用至160 μm数据的模型相比，加入870 μm子毫米波约束后，推导出的总尘埃质量显著增加。
• 在NGC 1705和哈罗11星系中，约10 K的冷尘埃成分占总尘埃质量的70%以上，显著改善了SED拟合效果。
• 哈罗11星系的尘气质量比为0.2，远高于其低金属量水平下的预期值，且与HI和CO观测的上限不一致。
• 哈罗11星系明显偏离施密特定律，提示可能存在未被探测到的分子气体储库，其质量可能比CO观测结果高出约10倍。
• 总红外光度（L_TIR）范围为5.8 × 10⁷ L☉（NGC 1705）至1.7 × 10¹¹ L☉（哈罗11），其中Draine & Li（2007）公式与模型推导出的L_TIR最为吻合。