[论文解读] The Opacity of Spiral Galaxy Disks VI: Extinction, stellar light and color

Benne W. Holwerda, R. A. González+2 more|University of Groningen research database (University of Groningen / Centre for Information Technology)|Sep 15, 2005

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 35被引用 24

一句话总结

本研究利用合成场法（SFM）通过哈勃望远镜图像中背景星系的计数，测量螺旋星系盘面的尘埃消光，将消光与恒星面亮度及近红外颜色关联起来。研究发现，消光随盘面面亮度增加而增加，尤其在旋臂区域更为显著；同时，消光与近红外颜色之间无明显相关性。此外，尘埃的标长超过恒星光的标长，挑战了动力学建模中使用恒定质量-光度比的假设。

ABSTRACT

In this paper we explore the relation between dust extinction and stellar light distribution in disks of spiral galaxies. Extinction influences our dynamical and photometric perception of disks, since it can distort our measurement of the contribution of the stellar component. To characterize the total extinction by a foreground disk, Gonzalez et al. (1998) proposed the ``Synthetic Field Method'' (SFM), which uses the calibrated number of distant galaxies seen through the foreground disk as a direct indication of extinction. The method is described in Gonzalez et al. (1998) and Holwerda et al. (2005a). To obtain good statistics, the method was applied to a set of HST/WFPC2 fields Holwerda et al. (2005b) and radial extinction profiles were derived, based on these counts. In the present paper, we explore the relation of opacity with surface brightness or color from 2MASS images, as well as the relation between the scalelengths for extinction and light in the I band. We find that there is indeed a relation between the opacity (A_I) and the surface brightness, particularly at the higher surface brightnesses. No strong relation between near infrared (H-J, H-K) color and opacity is found. The scalelengths of the extinction are uncertain for individual galaxies but seem to indicate that the dust distribution is much more extended than the stellar light. The results from the distant galaxy counts are also compared to the reddening derived from the Cepheids light-curves Freedman et al. (2001). The extinction values are consistent, provided the selection effect against Cepheids with higher values of A_I is taken into account. The implications from these relations for disk photometry, M/L conversion and galaxy dynamical modeling are briefly discussed.

研究动机与目标

• 研究螺旋星系盘面中尘埃消光与恒星光分布之间的关系。
• 评估尘埃消光对测光和动力学测量的影响，特别是对质量-光度比（M/L）估计的影响。
• 检验合成场法（SFM）是否能提供与其他方法（如造父变星消光）一致的消光测量结果。
• 确定近红外颜色是否与尘埃光学厚度相关，这将影响M/L的校准。
• 比较恒星光与尘埃消光的标长，以评估尘埃指数盘模型的有效性。

提出的方法

• 将合成场法（SFM）应用于哈勃空间望远镜/WFPC2图像，对螺旋盘面区域背后的背景星系进行计数。
• 将检测到的背景星系数量作为总尘埃消光（A_I）的代理指标，经校准以考虑前景盘面的拥挤和混淆影响。
• 结合SFM获得的消光与2MASS近红外测光数据，分析面亮度与颜色关系。
• 将消光分布与I波段成像获得的恒星光标长进行比较，以评估结构差异。
• 通过Freedman等人（2001年）的造父变星消光测量结果对SFM结果进行交叉验证，同时考虑选择效应的影响。
• 分别分析旋臂区域与盘面区域，以检验消光-面亮度关系的空间变化。

实验结果

研究问题

• RQ1 螺旋星系盘面中的尘埃消光如何与恒星光的面亮度相关？
• RQ2 前景盘面的尘埃光学厚度与近红外（H-J、H-K）颜色之间是否存在可测量的关系？
• RQ3 I波段中尘埃消光与恒星光的标长是否存在显著差异？这对盘面结构模型有何含义？
• RQ4 SFM获得的消光值与基于造父变星光曲线的消光值相比如何？选择效应在此过程中起到什么作用？
• RQ5 观测到的消光-面亮度关系在多大程度上削弱了动力学建模中假设恒定质量-光度比的合理性？

主要发现

• 尘埃消光（A_I）随盘面面亮度增加而增加，尤其在旋臂区域更为显著，表明这些区域具有更高的尘埃柱密度。
• 未发现近红外（H-J、H-K）颜色与尘埃光学厚度之间存在显著相关性，表明仅靠近红外颜色无法可靠指示螺旋盘面中的消光。
• 尘埃消光的标长显著大于I波段恒星光的标长，暗示尘埃分布更为弥散，挑战了将指数盘模型用于尘埃的假设。
• 在考虑了高消光造父变星被排除的选择效应后，SFM获得的消光值与基于造父变星的消光估计值一致。
• 观测到的面亮度与消光之间的关联表明，在动力学建模中假设恒定质量-光度比是不现实的，尤其是在高面亮度区域。
• 消光的灰色行为——即遥远星系更可能沿低消光视线方向被观测到——解释了其与近红外颜色相关性微弱的原因，并支持使用背景星系计数作为可靠的消光探测手段。