[论文解读] The Spitzer Local Volume Legacy: Survey Description And Infrared Photometry

Daniel A. Dale, Cohen, S. A.+22 more|Max Planck Institute for Plasma Physics|Jan 1, 2009

Spacecraft and Cryogenic Technologies被引用 6

一句话总结

本文介绍了斯皮策本地体积遗产（LVL）调查，这是一项针对距离11 Mpc以内258个邻近星系的体积限定、多波段研究，结合了斯皮策红外测光与GALEX紫外和Hα成像。研究发现，低金属量、低光度星系的8 μm多环芳烃（PAH）发射存在不足，但其远红外发射与总红外发射之间存在紧密相关性；由于恒星种群年龄较大且尘埃再辐射作用较弱，其红外与紫外比值低于星暴星系。

ABSTRACT

The survey description and the near-, mid-, and far-infrared flux properties are presented for the 258 galaxies in the Local Volume Legacy (LVL). LVL is a Spitzer Space Telescope legacy program that surveys the local universe out to 11 Mpc, built upon a foundation of ultraviolet, H-alpha, and HST imaging from 11HUGS (11 Mpc H-alpha and Ultraviolet Galaxy Survey) and ANGST (ACS Nearby Galaxy Survey Treasury). LVL covers an unbiased, representative, and statistically robust sample of nearby star-forming galaxies, exploiting the highest extragalactic spatial resolution achievable with Spitzer. As a result of its approximately volume-limited nature, LVL augments previous Spitzer observations of present-day galaxies with improved sampling of the low-luminosity galaxy population. The collection of LVL galaxies shows a large spread in mid-infrared colors, likely due to the conspicuous deficiency of 8um PAH emission from low-metallicity, low-luminosity galaxies. Conversely, the far-infrared emission tightly tracks the total infrared emission, with a dispersion in their flux ratio of only 0.1 dex. In terms of the relation between infrared-to-ultraviolet ratio and ultraviolet spectral slope, the LVL sample shows redder colors and/or lower infrared-to-ultraviolet ratios than starburst galaxies, suggesting that reprocessing by dust is less important in the lower mass systems that dominate the LVL sample. Comparisons with theoretical models suggest that the amplitude of deviations from the relation found for starburst galaxies correlates with the age of the stellar populations that dominate the ultraviolet/optical luminosities.

研究动机与目标

• 开展一项统计上可靠的、体积限定的邻近星系形成星系调查，以克服流量限定样本中的偏差。
• 表征本地体积内低质量、低表面亮度星系的尘埃与恒星形成特性。
• 改善对低光度和低金属量星系的采样，这些星系在以往的斯皮策调查中代表性不足。
• 研究不同恒星形成历史和金属量星系中红外与紫外发射之间的关系。
• 评估恒星种群年龄和尘埃再辐射在塑造全球红外与紫外颜色关系中的作用。

提出的方法

• 对11 Mpc以内258个星系进行了深度斯皮策IRAC和MIPS成像，波长分别为3.6、4.5、5.8、8.0、24、70和160 μm。
• 结合来自11HUGS和ANGST调查的现有GALEX紫外、Hα以及哈勃空间望远镜（HST）分辨恒星种群数据。
• 采用体积限定采样方法，确保本地星系种群的统计代表性，特别是低光度系统。
• 测量全局红外流量，并推导红外与紫外（IRX）比值及紫外谱斜率，以与星暴模型比较。
• 应用理论恒星种群合成模型，估算主导紫外发射恒星种群的有效年龄。
• 通过将理论模型与滤波器响应函数卷积，量化与星暴IRX–β关系的偏离，以推断恒星种群年龄。

实验结果

研究问题

• RQ1 在低光度、低金属量星系中，中红外（8 μm）和远红外（70–160 μm）发射如何与总红外光度相关？
• RQ2 为何低金属量、低光度星系在8 μm与总红外流量比值上表现出比更大质量星系更大的离散度？
• RQ3 LVL星系的红外与紫外（IRX）比值和紫外谱斜率与星暴星系相比如何？
• RQ4 恒星种群年龄和尘埃再辐射在多大程度上解释了LVL样本中观测到的与星暴IRX–β关系的偏离？
• RQ5 LVL星系中紫外、红外和Hα发射的空间分布如何？其对恒星形成历史径向变化有何启示？

主要发现

• 远红外（70和160 μm）流量与总红外发射之间存在紧密相关性，流量比值的离散度仅为0.1 dex，表明远红外能稳健地追踪总尘埃再辐射。
• 低金属量、低光度星系的8 μm PAH发射显著不足，导致8 μm与总红外流量比值存在较大离散度。
• LVL样本的紫外谱斜率更红，红外与紫外（IRX）比值低于星暴星系，表明低质量系统中尘埃再辐射作用较弱。
• 100 Myr平均紫外发射的空间范围通常大于10 Myr平均红外和Hα发射，暗示外盘存在更老的恒星种群。
• 与星暴IRX–β关系的偏离程度与主导紫外发射恒星种群的推断年龄相关，年龄越老的系统偏离越大。
• 理论建模表明，从紫外到近红外流量比值推断出的主导恒星种群年龄范围为数百万年至数十亿年，持续时间更长的恒星形成与更大的星暴关系偏离相关。