[论文解读] The H alpha Galaxy Survey. IV. Star formation in the local Universe

P. A. James, J. H. Knapen+3 more|ArXiv.org|Feb 29, 2008

Stellar, planetary, and galactic studies被引用 27

一句话总结

本研究利用H𝛼星系巡天的H𝛼成像，对本地宇宙（最远3000 km s⁻¹）场星系中的恒星形成进行了全面分析。通过将B波段光度校准为恒星形成率，并对327个星系样本应用蒙特卡洛模拟，得出总恒星形成率密度为0.016–0.023 M⊙ yr⁻¹ Mpc⁻³，其中75–80%发生在距离星系中心超过1 kpc的盘面区域，且发现明亮螺旋星系（MB ≈ –20 mag）主导了恒星形成，而暗淡矮星系贡献不足10%。

ABSTRACT

We present an analysis of the star formation properties of field galaxies within the local volume out to a recession velocity limit of 3000 km/s. A parent sample of 863 star-forming galaxies is used to calculate a B-band luminosity function. This is then populated with star formation information from a subsample of 327 galaxies, for which we have H alpha imaging, firstly by calibrating a relationship between galaxy B-band luminosity and star formation rate, and secondly by a Monte Carlo simulation of a representative sample of galaxies, in which star formation information is randomly sampled from the observed subset. The total star formation rate density of the local Universe is found to be between 0.016 and 0.023 MSun/yr/cubic Mpc, with the uncertainties being dominated by the internal extinction correction used in converting measured H alpha fluxes to star formation rates. If our internally derived B-band luminosity function is replaced by one from the Sloan Digital Sky Survey blue sequence, the star formation rate densities are approx. 60% of the above values. We also calculate the contribution to the total star formation rate density from galaxies of different luminosities and Hubble T-types. The largest contribution comes from bright galaxies with B absolute mag of approx. -20 mag, and the total contribution from galaxies fainter than -15.5 mag is less than 10%. Almost 60% of the star formation rate density comes from galaxies of types Sb, Sbc or Sc; 9% from galaxies earlier than Sb and 33% from galaxies later than Sc. Finally, 75 - 80% of the total star formation in the local Universe is shown to be occurring in disk regions, defined as being >1 kpc from the centres of galaxies.

研究动机与目标

• 利用场星系的体积受限样本，确定本地宇宙中的总恒星形成率密度（SFRD）。
• 评估不同光度和哈勃类型星系对总SFRD的贡献。
• 量化星系内部恒星形成的分布，区分星系核球与盘面区域。
• 将本研究基于H𝛼星系巡天的SFRD估计值，与使用不同示踪指标和样本的其他大型巡天结果进行比较。
• 对因星等、直径和速度选择标准导致的样本不完整性进行修正，以实现稳健的统计分析。

提出的方法

• 从UGC星表中选取863个恒星形成星系作为母样本，依据星等、直径和退行速度限制（v < 3000 km s⁻¹）。
• 从母样本中推导出B波段光度函数，以模拟整体星系群体的分布。
• 利用327个星系的子样本的H𝛼流量，建立B波段光度与恒星形成率之间的校准关系。
• 使用蒙特卡洛模拟，将观测子样本的SFR信息外推至整个母群体，以考虑统计抽样不确定性。
• 对H𝛼流量应用内部消光校正，将观测到的谱线流量转换为真实的恒星形成率。
• 通过将星系划分为中心区域（≤1 kpc）和盘面区域（>1 kpc），分析恒星形成的分辨空间分布，以评估恒星形成主要发生的位置。

实验结果

研究问题

• RQ1 基于H𝛼星系巡天，本地宇宙中的总恒星形成率密度是多少？与文献中的其他估计值相比如何？
• RQ2 哪些星系光度和形态类型对总恒星形成率密度的贡献最为显著？
• RQ3 本地场星系中，有多少比例的恒星形成发生在盘面区域（距中心>1 kpc）而非核球区域？
• RQ4 不同的消光校正假设如何影响推导出的恒星形成率密度？
• RQ5 当使用外部光度函数（如SDSS蓝序列光度函数）替代内部推导的光度函数时，SFRD估计值如何变化？

主要发现

• 本地宇宙中的总恒星形成率密度估计为0.016–0.023 M⊙ yr⁻¹ Mpc⁻³，不确定性主要来自内部消光校正。
• 当使用SDSS蓝序列光度函数替代内部推导的光度函数时，SFRD下降至原始估计值的约60%，即0.0130 M⊙ yr⁻¹ Mpc⁻³。
• MB ≈ –20 mag（L*螺旋星系）对总SFRD的贡献最大，而MB < –15.5 mag的星系贡献不足10%。
• 约60%的总SFRD来自哈勃类型为Sb、Sbc或Sc的星系；33%来自更晚类型（Scd及以后）；9%来自更早类型（Sa及更早）。
• 本地宇宙中约75%至80%的恒星形成发生在盘面区域（距星系中心>1 kpc），表明大部分恒星形成并不集中于中心核球区域。
• SFRD估计值与其他近期使用不同恒星形成示踪指标（如UV、H𝛼和发射线巡天）的巡天结果一致，支持本研究结果的稳健性。