[论文解读] The 12um ISO-ESO-Sculptor and 24um Spitzer faint counts reveal a population of ULIRG/AGN/dusty massive ellipticals Evolution by types and cosmic star formation

B. Rocca‐Volmerange, V. de Lapparent+2 more|arXiv (Cornell University)|May 14, 2007

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 1被引用 8

一句话总结

该论文提出，仅有9%的高质量椭圆星系会演化为具有强烈尘埃发射的超亮红外星系（ULIRGs），从而解释ISO和Spitzer巡天中12 μm和24 μm星系计数的过剩。该情景基于PÉGASE.3模型，无需引入额外的星暴活动，即可同时拟合中红外星系计数与光学暗弱星系计数，将ULIRGs与高红移时质量椭圆星系的前身联系起来。

ABSTRACT

Multi-wavelength galaxy number counts provide clues on the nature of galaxy evolution. The interpretation per galaxy type with the new code PEGASE.3 of the 12mu (ISO) and 24mu (Spitzer) faint galaxy counts provide new constraints on the dust and stellar emission. It also reveals the nature of ULIRGs (L/Lsun > 10^12) and informs on the cosmic star formation history and the time-scales for mass build-up. We firstly present the faint galaxy counts at 12um derived from the catalogue of the ISO-ESO-Sculptor Survey (ISO-ESS) in a companion paper (Seymour et al. 2007) which go down to 0.24 mJy after corrections for incompleteness. We check that they are consistent with ISO number counts at 15um. Secondly we show that the ``normal'' scenarios which fit the deep UV-optical-near-IR counts with PEGASE.2 (Fioc et al. 1999), are unsuccessful in modelling the strong excess simultaneously observed in the cumulative and differential counts at 12um, 15um and 24um. Based on observed 12mu and 25mu IRAS luminosity functions and optical/mid-IR colors, we finally succeed in modelling cumulative and differential counts by only changing 9% of normal galaxies (1/3 of the ellipticals) into ultra-bright dusty elliptical galaxies, interpreted as ULIRGs. This ULIRG population has similarities with high-z radio-galaxy hosts. No number density evolution is included. The Herschel observatory will hopefully confirm these results.

研究动机与目标

• 利用一致的演化模型解释ISO和Spitzer巡天中12 μm和24 μm星系计数的过剩现象。
• 识别主导造成中红外过剩的星系群体，特别是暗弱流量水平下的星系。
• 检验标准星系演化情景是否能再现从紫外到中红外波段的观测计数。
• 确定过剩是源于稀有、明亮的星系群体，还是标准演化过程伴随光度调整所致。
• 利用多波段计数约束宇宙恒星形成历史和质量积累 timescales。

提出的方法

• 利用ISO-ESO-Sculptor巡天（ISO-ESS）的12 μm数据，经不完备性修正后，推导出低至0.24 mJy的累积和微分星系计数。
• 在波长校正后，将12 μm计数与现有的15 μm ISO计数进行比较，确认在0.3 mJy处存在一致性与过剩。
• 应用PÉGASE.3演化代码模拟光谱能量分布，涵盖尘埃发射、恒星形成、金属丰度演化及消光效应，适用于各类星系。
• 通过将9%的椭圆星系（占所有椭圆星系的1/3）的光度提升至超亮、高尘埃含量的ULIRG水平，成功匹配观测计数。
• 将模型与紫外-光学-NIR暗星系计数（低至B > 29）进行对比，确保与HDF-N等光学巡天结果一致。
• 评估活动星系核（AGN）和星暴贡献的影响，结论为：无需嵌入式AGN或短时标星暴即可解释计数结果。

实验结果

研究问题

• RQ1 哪类星系解释了ISO和Spitzer巡天中观测到的12 μm和24 μm星系计数过剩？
• RQ2 标准星系演化情景（包括恒星形成与尘埃发射）是否能在不引入新组分的情况下再现中红外星系计数？
• RQ3 为匹配12 μm和24 μm的观测计数，必须有多少比例的高质量椭圆星系演化为ULIRGs？
• RQ4 中红外过剩是源于星系数量密度演化，还是可由一小撮高度尘埃遮蔽的星系光度演化解释？
• RQ5 推断出的ULIRG特性与高红移射电星系及高质量椭圆星系前身体相比如何？

主要发现

• 经不完备性修正后的12 μm ISO-ESS计数在0.3 mJy处显示出显著过剩，与其它ISO和Spitzer巡天结果一致。
• 通过将9%的椭圆星系的12 μm光度提升约2.5 mag（在24 μm处最高达5 mag），可同时解释12 μm和24 μm计数的过剩，且不改变其它星系类型。
• 这些经修改的星系表现出ULIRG的典型特征：高尘埃质量、高红外光度，且光学形态与普通椭圆星系相似。
• 该模型成功拟合了12 μm、15 μm（ISO）和24 μm（Spitzer）波段的累积与微分计数，证实了其在多波段上的稳健性。
• 无需额外星暴或数量密度演化；过剩现象仅由一小撮高尘埃含量的椭圆星系光度演化即可解释。
• 结果支持在高红移（z > 5）时发生快速、耗散性坍缩或并合驱动的演化，ULIRGs作为高质量椭圆星系的前身，与遥远射电星系的K-z图趋势一致。