[论文解读] The Stellar Masses of Disk Galaxies and the Calibration of Color-Mass to Light Ratio Relations

Stacy McGaugh, Jim Schombert|arXiv (Cornell University)|Mar 1, 2013

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena被引用 5

一句话总结

本研究利用斯皮策望远镜在3.6 μm波段对跨越广泛光度和气体分数范围的盘状星系进行观测，校准了颜色-质量比光度关系，表明在3.6 μm波段采用恒定的近红外质量比光度比~0.5 M☉/L☉可获得自洽的恒星质量估计。结果支持克鲁帕初始质量函数，并验证了用于质量校准的重子蒂勒-费希尔关系。

ABSTRACT

We present new Spitzer 3.6 micron observations of a sample of disk galaxies spanning over 10 magnitudes in luminosity and ranging in gas fraction from ~10% to over 90%. We use these data to test population synthesis prescriptions for computing stellar mass. Many commonly employed models fail to provide self-consistent stellar masses in the sense that the stellar mass estimated from the optical luminosity typically exceeds that estimated from the near-infrared (NIR) luminosity. This problem is present in models both with and without TP-AGB stars, but is more severe in the former. Self-consistency can be achieved if NIR mass-to-light ratios are approximately constant with a mean value near 0.5 Msun/Lsun at 3.6 microns. We use the Baryonic Tully-Fisher relation calibrated by gas rich galaxies to provide an independent estimate of the color-mass to light ratio relation. This approach also suggests that the typical 3.6 micron mass-to-light ratio is 0.5 (0.65 in the K band) for rotationally supported galaxies. These values are consistent with a Kroupa IMF.

研究动机与目标

• 测试从光学与近红外（NIR）光度推导出的盘状星系恒星质量估计的自洽性。
• 识别在使用光学数据而非近红外数据时，群体合成模型高估恒星质量的系统性失效问题。
• 利用富含气体的星系和重子蒂勒-费希尔关系，对颜色-质量比光度关系进行校准，以实现独立的质量验证。
• 确定确保在不同光度和气体分数范围内保持一致性的适当近红外质量比光度比。

提出的方法

• 获取覆盖10个星等光度范围、气体分数从~10%到90%以上的盘状星系样本的斯皮策3.6 μm测光数据。
• 比较从光学和近红外光度推导出的恒星质量，以识别群体合成模型中的差异。
• 应用以富含气体星系校准的重子蒂勒-费希尔关系，独立估计颜色-质量比光度关系。
• 评估包含与不包含热脉动渐近巨星分支（TP-AGB）星时的模型表现，以隔离其对质量比光度一致性的影响。
• 推导出平均3.6 μm质量比光度比约为0.5 M☉/L☉，确保样本内所有星系的恒星质量估计自洽。

实验结果

研究问题

• RQ1 常用群体合成模型在从光学与近红外光度推导恒星质量时，是否产生自洽的恒星质量估计？
• RQ2 包含TP-AGB星如何影响盘状星系中恒星质量估计的一致性？
• RQ3 确保在多样化盘状星系群体中保持一致性的适当近红外质量比光度比是多少？
• RQ4 重子蒂勒-费希尔关系能否为旋转支持星系的颜色-质量比光度关系提供稳健的独立校准？

主要发现

• 许多群体合成模型无法产生自洽的恒星质量估计，光学推导的质量超过近红外推导的质量，且TP-AGB星的引入会加剧该问题。
• 在3.6 μm波段采用恒定的近红外质量比光度比约0.5 M☉/L☉，可解决全光度和气体分数范围内的自洽性问题。
• 以富含气体星系校准的重子蒂勒-费希尔关系支持3.6 μm质量比光度比为0.5 M☉/L☉，以及旋转支持星系的K波段比值为0.65 M☉/L☉。
• 推导出的质量比光度比与克鲁帕初始质量函数一致，为该初始质量函数在盘状星系中的适用性提供了有力支持。