[论文解读] Spectroscopic study of blue compact galaxies IV. Star formation rates and gas depletion timescales

Xu Kong|ArXiv.org|Oct 29, 2004

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 66被引用 21

一句话总结

本研究利用Hα、[O II] λ3727、红外和射电光度以及H i质量，分析了72个蓝致密星系（BCGs）的恒星形成率（SFRs）和气体耗尽 timescales。在对基底恒星光谱吸收和尘埃消光进行校正后，SFR指标显示出强烈相关性，揭示出中位SFR约为~3 M⊙ yr⁻¹，典型气体耗尽 timescale约为10亿年，表明BCGs中的恒星形成相对于宇宙年龄而言是短暂的。

ABSTRACT

This is the fourth paper in a series studying star formation rates, stellar components, metallicities, and star formation histories of a blue compact galaxy (BCG) sample. Using Ha, [OII]3727, IR, radio (1.4GHz) luminosities and neutral hydrogen gas masses, we estimated star formation rates(SFR) and gas depletion timescales of 72 star-forming BCGs. The SFRs of the BCGs in our sample span nearly four orders of magnitude, from approximately 10^-2 to 10^2M_sun/yr, with a median SFR of about 3M_sun/yr. The typical gas depletion timescale of BCGs is about one billion years. We found that subtracting underlying stellar absorption is very important to calculate both dust extinction and SFR of galaxies. Otherwise, the intrinsic extinction will be overestimated, the SFRs derived from [OII] and Ha will be underestimated (if the underlying stellar absorption and the internal extinction were not corrected from the observed luminosity) or overestimated (if an overestimated internal extinction were used for extinction correction). After both the underlying stellar absorption and the dust extinction were corrected, a remarkably good correlation emerges among Ha, [OII], IR and radio SFR indicators. Finally, we find a good correlation between the measured SFR and the absolute blue magnitude, metallicity, interstellar extinction of BCGs. Our results indicate that faint, low-mass BCGs have lower star formation rates.

研究动机与目标

• 使用多种独立指标确定蓝致密星系（BCGs）中可靠的恒星形成率（SFRs）。
• 评估Hα、[O II] λ3727、红外和射电光度等SFR指标之间的系统性差异。
• 研究基底恒星光谱吸收和尘埃消光对SFR和消光估计的影响。
• 检查SFR与绝对B波段星等、金属丰度和星际消光等物理属性之间的相关性。
• 估算气体耗尽 timescales，并评估当前恒星形成水平在BCGs中的可持续性。

提出的方法

• 从72个BCGs的光谱数据中测量Hα、[O II] λ3727、红外（IR）和1.4 GHz射电光度。
• 利用H i气体质量通过τ_dep = M_Hi / SFR计算气体耗尽 timescales。
• 使用光谱分解技术对观测到的谱线光度进行基底恒星光谱吸收校正。
• 在消除恒星光谱吸收影响后，利用巴尔末减量（F(Hα)/F(Hβ)）估计尘埃消光。
• 应用标准SFR校准公式：SFR ∝ L(Hα)，SFR ∝ L(IR)，以及SFR ∝ L(1.4 GHz)，并使用适当的转换因子。
• 采用N2指数（[N II] λ6584/Hα）估算氧丰度和金属丰度，并使用Spearman等级相关性评估SFR-金属丰度趋势。

实验结果

研究问题

• RQ1 在对恒星光谱吸收和尘埃消光进行校正后，Hα、[O II] λ3727、红外和射电光度所推导出的SFR如何比较？
• RQ2 未经校正的基底恒星光谱吸收对BCGs中尘埃消光和SFR估计有何影响？
• RQ3 BCGs中的典型气体耗尽 timescale是多少？与宇宙年龄相比如何？
• RQ4 在恒星形成BCGs中，SFR与绝对B波段星等、星际消光或金属丰度之间是否存在相关性？
• RQ5 为何以往文献中对BCGs的SFR估计值差异如此之大？

主要发现

• BCGs的恒星形成率（SFRs）跨度接近四个数量级，从~10⁻²到10² M⊙ yr⁻¹，中位SFR约为3 M⊙ yr⁻¹。
• 在对基底恒星光谱吸收和尘埃消光进行校正后，Hα、[O II] λ3727、红外和射电光度所推导出的SFR指标之间显示出强烈相关性。
• BCGs中的气体耗尽 timescale约为10亿年，表明当前的恒星形成无法在宇宙时标上持续。
• 未经校正的恒星光谱吸收会导致对本征消光的高估以及SFR估计的系统性偏差，尤其对[O II] λ3727和Hα影响显著。
• 较暗、质量较小的BCGs表现出较低的SFR、较低的金属丰度和较低的尘埃消光，表明光度与恒星形成活动之间存在强烈相关性。
• SFR与金属丰度（12+log(O/H)）之间存在正相关性，Spearman等级相关系数为0.67，线性拟合结果为12+log(O/H) = 0.24 log(SFR) + 8.52。