[论文解读] The Herschel Exploitation of Local Galaxy Andromeda (HELGA): IV. Dust scaling relations at sub-kpc resolution

S. Viaene, J. Fritz+19 more|arXiv (Cornell University)|Mar 17, 2014

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 107被引用 43

一句话总结

本研究利用赫歇尔、GALEX、SDSS、WISE 和斯皮兹尔的多波段数据，在亚千秒差距分辨率下研究了仙女星系（M31）中的尘埃比例关系。结果表明，尘埃与恒星质量比强烈相关于NUV–r颜色和恒星质量面密度，表明尘埃含量由局部、原位过程主导，尽管存在微观尺度的多样性，宏观区域仍遵循星系整体趋势。

ABSTRACT

The imprints of dust-starlight interactions are visible in scaling relations between stellar characteristics, star formation parameters and dust properties. We aim to examine dust scaling relations on a sub-kpc resolution in the Andromeda galaxy (M31) by comparing the properties on a local and global scale to other galaxies of the local universe. New Herschel observations are combined with available data from GALEX, SDSS, WISE and Spitzer to construct a dataset covering UV to submm wavelengths. We work at the resolution of the SPIRE $500\; μ$m beam, with pixels corresponding to physical regions of 137 x 608 pc in the galaxy's disk. A panchromatic spectral energy distribution was modelled for each pixel and several dust scaling relations are investigated. We find, on a sub-kpc scale, strong correlations between $M_d/M_\star$ and NUV-r, and between $M_d/M_\star$ and $μ_\star$ (the stellar mass surface density). Striking similarities with corresponding relations based on integrated galaxies are found. We decompose M31 in four macro-regions based on their FIR morphology; the bulge, inner disk, star forming ring and the outer disk. All regions closely follow the galaxy-scale average trends. The specific star formation characteristics we derive for these macro-regions give strong hints of an inside-out formation of the bulge-disk geometry, as well as an internal downsizing process. However, within each macro-region, a great diversity in individual micro-regions is found. Furthermore, we confirm that dust in the bulge of M31 is heated only by the old stellar populations. In general, the local dust scaling relations indicate that the dust content in M31 is maintained by a subtle interplay of past and present star formation. The similarity with galaxy-based relations strongly suggests that they are in situ correlations, with underlying processes that must be local in nature. (Abriged)

研究动机与目标

• 在M31中以亚千秒差距分辨率研究尘埃比例关系，以理解尘埃、恒星与恒星形成之间的局部相互作用。
• 将M31中的局部尘埃性质与整体星系关系进行比较，评估比例关系是源于局部还是全局起源。
• 研究恒星族群和恒星形成历史在不同星系区域中对尘埃含量的影响。
• 确定星系核球区域的尘埃加热是否由老年恒星驱动，而非近期恒星形成。

提出的方法

• 结合赫歇尔SPIRE、PACS以及辅助的GALEX、SDSS、WISE和斯皮兹尔数据，创建了空间分辨率为36角秒（约137×608 pc/像素）的全波段SED。
• 将所有图像重采样至赫歇尔SPIRE 500 μm的 beam 尺寸和像素网格，以确保一致的空间采样。
• 使用MAGPHYS对每个像素的SED进行建模，以推导出尘埃质量、恒星质量、恒星形成速率（SFR）以及尘埃与恒星质量比。
• 根据FIR形态将M31划分为四个宏观区域（核球、内盘、恒星形成环、外盘）以进行对比分析。
• 在所有区域和尺度上，研究M_dust/M_★、NUV–r与恒星质量面密度（μ_★）之间的比例关系。
• 通过光谱能量分布分解，评估老年与年轻恒星族群对尘埃加热的贡献。

实验结果

研究问题

• RQ1 在M31的亚千秒差距尺度下，尘埃比例关系（如M_dust/M_★与NUV–r及μ_★的关系）如何表现？
• RQ2 M31的宏观区域（核球、盘面、环、外盘）是否遵循与其他星系相同的比例趋势，还是表现出独特行为？
• RQ3 M31核球中的尘埃是否完全由老年恒星族群加热，如其光谱能量分布所示？
• RQ4 尘埃含量和恒星形成性质的多样性在多大程度上由局部过程而非全局趋势驱动？
• RQ5 观测到的比例关系是否在最小尺度上失效，还是在亚千秒差距区域内保持成立，表明存在局部平衡？

主要发现

• 在M31的亚千秒差距区域内，M_dust/M_★与NUV–r颜色之间存在强烈相关性，表明尘埃含量与近期恒星形成历史紧密关联。
• M_dust/M_★还与恒星质量面密度（μ_★）相关，表明尘埃含量随局部恒星密度而变化。
• M31的核球完全由老年恒星族群加热，无近期恒星形成对尘埃加热的贡献证据。
• 尽管微区域存在显著差异，所有四个宏观区域（核球、内盘、恒星形成环、外盘）均紧密遵循与其他星系相同的全局比例关系。
• 在晚型星系的恒星形成环中发现早型微区域，反之亦然，表明局部条件主导于星系整体形态，决定尘埃与恒星形成性质。
• 比例关系在亚千秒差距尺度下依然稳健，表明尘埃-恒星比例关系由局部物理过程主导，而非全局平衡。