[论文解读] Properties of $z\sim3-6$ Lyman Break Galaxies. II. Impact of nebular emission at high redshift

S. de Barros, D. Schaerer+1 more|arXiv (Cornell University)|Jul 16, 2012

Astronomy and Astrophysical Research被引用 72

一句话总结

本研究利用包含完整电离线发射模型的 SED 拟合，调查了 $z\sim3$--6 洛伊曼断线星系（LBGs）中电离气体发射对其物理性质的影响。研究发现，包含电离气体发射后，星系的年龄显著变小，恒星质量降低，尘埃消光增强，且 SFR--$M_\star$ 关系中的离散度增加；约 65% 的 LBG 展现出可检测的发射线，表明其在高红移时具有间歇性或爆发式恒星形成历史。

ABSTRACT

We present a homogeneous, detailed analysis of the spectral energy distribution (SED) of $\sim$ 1700 LBGs from the GOODS-MUSIC catalogue with deep multi-wavelength photometry from $U$ band to 8 $μ$m to determine stellar mass, age, dust attenuation, and star formation rate. Using our SED fitting tool, which takes into account nebular emission, we explore a wide parameter space. We also explore a set of different star formation histories. Nebular emission is found to significantly affect the determination of the physical parameters for the majority of $z \sim $ 3--6 LBGs. We identify two populations of galaxies by determining the importance of the contribution of emission lines to broadband fluxes. We find that $\sim$ $65\%$ of LBGs show detectable signs of emission lines, whereas $\sim$ $35\%$ show weak or no emission lines. This distribution is found over the entire redshift range. We interpret these groups as actively star forming and more quiescent LBGs, respectively. We find that it is necessary to considerer SED fits with very young ages ($<50$ Myr) to reproduce some colours affected by strong emission lines. Other arguments favouring episodic star formation and relatively short star formation timescales are also discussed. Considering nebular emission generally leads to a younger age, lower stellar mass, higher dust attenuation, higher star formation rate, and a large scatter in the SFR-$M_{\star}$ relation. Our analysis yields a trend of increasing specific star formation rate with redshift, as predicted by recent galaxy evolution models. The physical parameters of approximately two thirds of high redshift galaxies are significantly modified when we account for nebular emission. The SED models which include nebular emission shed new light on the properties of LBGs with numerous important implications.

研究动机与目标

• 评估电离气体发射对高红移 LBG 物理参数（质量、年龄、尘埃、SFR）推导的影响。
• 利用深度多波段测光，确定 $z\sim3$--6 LBG 中发射线的普遍性及其影响。
• 评估不同恒星形成历史（SFHs）在包含电离气体发射时对 SED 拟合结果的影响。
• 检验标准假设（如恒定恒星形成历史和年龄 >100 Myr）是否适用于高红移 LBG。

提出的方法

• 使用从 $U$ 波段到 8 $\mu$m 的深度测光数据，对 GOODS-MUSIC 目录中的约 1700 个 LBG 进行 SED 拟合。
• 实现一种 SED 拟合工具，自洽地包含电离区的电离气体发射，包括线源流量和连续谱贡献。
• 探索广泛的恒星形成历史模型，包括恒定、上升、延迟和间歇性模型。
• 对比包含与不包含电离气体发射的拟合结果，量化参数估计中的系统偏差。
• 使用 $\beta$-斜率关系进行尘埃消光，但基于模型一致性对假设进行了更新。
• 对不同模型假设下的参数分布及 SFR--$M_\star$ 关系中的离散度进行统计分析。

实验结果

研究问题

• RQ1 包含电离气体发射后，$z\sim3$--6 LBG 的推断物理参数（恒星质量、年龄、尘埃、SFR）如何变化？
• RQ2 在 $z\sim3$--6 LBG 中，有多少比例表现出可检测的电离气体发射？该比例如何随红移变化？
• RQ3 当包含电离气体发射时，不同恒星形成历史（如间歇性、短 timescale 爆发）在多大程度上影响 SED 拟合结果？
• RQ4 对高红移 LBG 而言，恒定恒星形成超过 100 Myr 的标准假设是否成立，还是与观测到的 SED 不一致？
• RQ5 电离气体发射如何影响 $z\sim3$--6 时 SFR--$M_\star$ 关系的离散度与演化？

主要发现

• 电离气体发射显著影响约三分之二的 $z\sim3$--6 LBG 的推断物理参数，导致年龄显著变小（<50 Myr）和恒星质量降低。
• 约 65% 的 LBG 展现出可检测的发射线，表明其具有活跃或爆发式恒星形成；约 35% 的星系发射线微弱或不可见，暗示其恒星形成更平静。
• 包含电离气体发射后，推断的尘埃消光增强，恒星形成率提高，且 SFR--$M_\star$ 关系中的离散度增加。
• 特定恒星形成率（sSFR）随红移增加，与现代星系演化模型的预测一致。
• 具有间歇性或短 timescale 恒星形成历史的模型更能重现观测到的 SED，尤其在受强发射线影响的色指数上。
• 标准的‘恒星形成主序列’（低离散度）在 $z\gtrsim3$ 时不成立；相反，较大的离散度可自然由可变的 SFHs 和电离气体发射效应解释。