[论文解读] The Herschel Virgo cluster survey: V. Star-forming dwarf galaxies - dust in metal-poor environments

M. Grossi, L. K. Hunt+28 more|CaltechAUTHORS (California Institute of Technology)|May 17, 2010

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 45被引用 29

一句话总结

本研究利用赫歇尔望远镜PACS和SPIRE仪器的数据，分析了室女座星系团中三颗低金属量星系形成矮星系的远红外至亚毫米波段谱谱能量分布（SED）。研究发现，尘埃温度低于20 K的冷尘成分，其尘埃质量约为10⁵ M⊙，尘气质量比为10⁻³–10⁻²，与线性尘埃生成模型一致；然而，其中两颗星系在500 µm波段信噪比较低，其更冷的尘埃成分（T < 10 K）仍存在不确定性。

ABSTRACT

We present the dust properties of a small sample of Virgo cluster dwarf galaxies drawn from the science demonstration phase data set of the Herschel Virgo Cluster Survey. These galaxies have low metallicities (7.8 &lt; 12 + log(O/H) &lt; 8.3) and star-formation rates &lt; 10^{-1} M_{sun}/yr. We measure the spectral energy distribution (SED) from 100 to 500 um and derive dust temperatures and dust masses. The SEDs are fitted by a cool component of temperature T &lt; 20 K, implying dust masses around 10^{5} M_{sun} and dust-to-gas ratios D within the range 10^{-3}-10^{-2}. The completion of the full survey will yield a larger set of galaxies, which will provide more stringent constraints on the dust content of star-forming dwarf galaxies.

研究动机与目标

• 研究密集室女座星系团环境中低金属量、星系形成矮星系的尘埃特性。
• 利用远红外与亚毫米波数据，评估低金属量系统中冷尘成分（T < 20 K）的存在与特征。
• 将尘气质量比（𝒟）与氧丰度（12 + log(O/H)）关联，以检验低金属量环境下尘埃生成理论模型。
• 确定部分矮星系中观测到的亚毫米波多余发射是否由冷尘成分（T < 10 K）引起，或需要额外未探测到的气体储库来解释。
• 通过研究星系团环境中的样本，约束环境因素对星系形成矮星系中尘埃含量的影响。

提出的方法

• 获取了三颗室女座星系团矮星系的远红外与亚毫米波测光数据，数据来自赫歇尔望远镜PACS（100–350 µm）和SPIRE（250–500 µm）仪器。
• 使用发射指数β = 2，对观测到的谱谱能量分布（SED）进行修正黑体模型拟合，温度可变。
• 采用单组分与双组分SED拟合，评估在两颗在500 µm波段存在多余发射的星系中，是否存在冷尘成分（T_c < 11 K）。
• 利用总气体质量估算值（包括H I和潜在的H₂贡献），计算尘埃质量与尘气质量比（𝒟）。
• 将所得𝒟值与超新星及演化中的低、中等质量恒星的尘埃生成理论预测进行比较。
• 评估500 µm波段低信噪比检测结果的重要性，以评估冷尘成分存在性的置信度。

实验结果

研究问题

• RQ1 室女座星系团中低金属量星系形成矮星系是否拥有显著的冷尘成分，其温度低于20 K？
• RQ2 在三颗矮星系中的两颗中观测到的亚毫米波多余发射，是否更可能由冷尘成分（T < 10 K）引起，还是由总气体质量估算不足所致？
• RQ3 这些矮星系中推导出的尘气质量比（𝒟）与基于金属量和尘埃生成机制的理论预测相比如何？
• RQ4 室女座星系团中的环境因素在多大程度上影响了低质量、低金属量星系的尘埃含量与热力学特性？
• RQ5 观测到的SED能否被标准修正黑体模型一致解释，还是需要多组分尘埃模型？

主要发现

• 三颗室女座矮星系的SED最佳拟合为温度T ≤ 20 K的冷尘成分，表明存在显著的冷尘辐射。
• 尘埃质量估算约为10⁵ M⊙，该结果在样本中保持一致，且基于β = 2的SED拟合得出。
• 样本的尘气质量比（𝒟）位于10⁻³至10⁻²之间，与基于金属量的线性尘埃生成模型一致。
• 两颗星系在500 µm波段表现出多余发射，提示存在更冷的尘埃成分（T_c < 11 K），但该波段信噪比较低，限制了其存在的确证。
• 若存在冷尘成分（T_c < 10 K），则所需尘埃质量将导致尘气质量比显著高于模型预测，因此需存在大量未探测到的气体储库（如H₂或冷H I）以调和数据。
• 结果与线性尘埃生成模型一致，且单温度拟合中未检测到强冷尘成分，支持这些矮星系中的尘埃并非由极冷尘粒主导的观点。