[论文解读] The Star Formation Histories of galaxies: A tour through the STARLIGHT-SDSS database

R. Cid Fernandes, W. Schoenell+7 more|arXiv (Cornell University)|Feb 6, 2008

Astronomy and Astrophysical Research被引用 14

一句话总结

本文利用STARLIGHT光谱合成代码对SDSS DR5中的573,141个星系进行系统分析，揭示了在发射线诊断图中星系恒星形成历史（SFHs）的系统性趋势。研究发现，SFHs从恒星形成星系序列系统性地过渡到活动星系核（AGN）序列，位于恒星形成翼顶部的星系年龄更轻、恒星形成更活跃，而LINER中的星系则为更年长、更宁静的星族，这与恒星形成率的下降和恒星年龄随AGN活动增强而增加密切相关。

ABSTRACT

Retrieving the Star Formation History (SFH) of a galaxy out of its integrated spectrum is the central goal of stellar population synthesis. Recent advances in evolutionary synthesis models have given new breath to this old field of research. Modern spectral synthesis techniques incorporating these advances now allow the fitting of galaxy spectra on an angstrom-by-angstrom basis. These detailed fits are useful for a number of studies, like emission line, stellar kinematics, and specially galaxy evolution. Applications of this semi-empirical approach to mega data sets are teaching us a lot about the lives of galaxies. The STARLIGHT spectral synthesis code is one of the tools which allows one to harness this favorable combination of plentifulness of data and models. To illustrate this, we show how SFHs vary across classical emission line diagnostic diagrams. Systematic trends are present along both the star-forming and active-galaxy sequences. We also briefly describe experiments with new versions of evolutionary synthesis models. Last but not least, we announce the public availability of both STARLIGHT and a database of detailed spectral fits and related products for over half a million galaxies from the SDSS. This facility allows more physically inspired explorations of the parameter space than is possible in terms of raw observed properties, offering new ways to navigate through the realm of galaxies.

研究动机与目标

• 通过综合星系光谱的详细光谱拟合，研究星系的恒星形成历史（SFHs）。
• 绘制SFHs在经典发射线诊断图（如BPT图）上的变化，揭示演化序列。
• 展示STARLIGHT光谱合成代码从大规模光谱数据中提取物理属性的实用性。
• 为超过五十万个星系的光谱拟合结果和推导出的物理属性提供公开访问。
• 探讨AGN中近期恒星形成与黑洞吸积之间的关联，特别是在反馈机制背景下的关系。

提出的方法

• 使用STARLIGHT光谱合成代码，基于演化合成模型对星系光谱进行逐Å的拟合。
• 采用全光谱拟合方法，推导出时间分辨的恒星形成历史（SFHs）、恒星金属丰度和消光校正。
• 将该方法应用于SDSS数据发布5（DR5）中的573,141个星系，并在DR6中使用更新的演化模型进行额外拟合。
• 通过将参数空间划分为空间小区域，并计算SFH的中位数和分位数统计量，将SFH映射到发射线诊断图（如BPT图）上。
• 从光谱拟合中推导出代理指标，如单位质量恒星形成率（SSFR）、恒星质量（$M_\star$）和黑洞质量（$M_\bullet$），以探索其与AGN活动的相关性。
• 使用$L_{[O\text{III}]}/M_\bullet$比值作为爱丁顿比的代理指标，研究黑洞吸积与近期恒星形成之间的关联。

实验结果

研究问题

• RQ1 在经典的BPT图中，恒星形成历史（SFHs）如何变化，特别是在恒星形成翼和AGN翼上？
• RQ2 从恒星形成星系到赛弗特星系和LINERs移动时，星族年龄和单位质量恒星形成率（SSFR）存在哪些系统性趋势？
• RQ3 孔径效应和星系质量在AGN主导区域中对观测到的SFHs有多大影响？
• RQ4 在AGN中，近期恒星形成（过去1亿年内的SSFR）与单位黑洞质量吸积率（$\dot{M}_\bullet / M_\bullet$）之间是否存在相关性？
• RQ5 在诊断图中，$A_V$、$Z_{\text{neb}}$、$\overline{Z}_\star$ 和 $\alpha$/Fe 等物理属性如何演化，它们与SFHs有何关联？

主要发现

• 位于BPT图恒星形成翼的星系表现出过去与当前恒星形成比率的系统性下降，其中最金属贫乏（左上角）的星系具有最年轻的SFHs和最高的当前SSFR。
• 在AGN翼上，SFHs逐渐由更年长的星族主导，即使考虑孔径效应后，LINERs的中位数恒星年龄也显著长于赛弗特2型星系。
• 过去1亿年内单位质量恒星形成率（SSFR）与$L_{[O\text{III}]}/M_\bullet$比值强相关，表明黑洞在近期恒星形成率更高的星系中生长更高效。
• 在固定$L_{[O\text{III}]}/M_\bullet$（爱丁顿比的代理指标）条件下，SFHs几乎与星系恒星质量无关，表明在$M_\star$主导范围内，AGN活动与恒星形成之间的关联与质量解耦。
• 在BPT图中观察到$A_V$、谱线光度、$M_\star$、$\overline{Z}_\star$ 和 $\alpha$/Fe 的系统性趋势，从恒星形成区域到LINER区域，金属丰度和$\alpha$/Fe逐渐升高，而$A_V$和谱线光度则下降。
• STARLIGHT-SDSS数据库使对星系参数空间的物理解释性探索成为可能，揭示了发射线诊断指标反映的是与SFHs相关的深层演化序列，而不仅仅是电离条件本身。