[论文解读] The Stellar Populations of HII galaxies: A tale of three bursts

Eduardo Telles, Jorge Melnick|arXiv (Cornell University)|Mar 7, 2018

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 82被引用 5

一句话总结

本研究使用CIGALE对1,800个SDSS HII星系的紫外至中红外波段SED进行拟合，以建模其恒星种群。结果表明，其恒星形成历史最适宜用三个爆发来描述：一个近期、明亮但质量较小的爆发（约几百万年），一个中等年龄的爆发（约几亿年），以及一个古老的成分（100亿年）。关键结果是，当前星暴仅贡献了总恒星质量的3%以下，而大部分质量形成于过去的爆发事件中，且Hβ光度仅取决于年轻恒星的质量，暗示大质量恒星的初始质量函数（IMF）具有普适性。

ABSTRACT

We present a UV to mid-IR spectral energy distribution study of a large sample of SDSS DR13 HII galaxies. These are selected as starburst (EW(H$α) > 50$Å) and for their high excitation locus in the upper-left region of the BPT diagram. Their photometry was derived from the cross-matched GALEX, SDSS, UKDISS and WISE catalogues. We have used CIGALE modelling and SED fitting routine with the parametrization of a three burst star formation history, and a comprehensive analysis of all other model parameters. We have been able to estimate the contribution of the underlying old stellar population to the observed equivalent width of H$β$ and allow for more accurate burst age determination. We found that the star formation histories of HII Galaxies can be reproduced remarkably well by three major eras of star formation. In addition, the SED fitting results indicate that: i) in all cases the current burst produces less than a few percent of the total stellar mass: the bulk of stellar mass in HII galaxies have been produced by the past episodes of star formation; ii) at a given age the H$β$ luminosity depends only on the mass of young stars favouring a universal IMF for massive stars; iii) the current star formation episodes are {\it maximal} starbursts, producing stars at the highest possible rate.

研究动机与目标

• 利用多波段SED拟合理解HII星系的恒星种群组成。
• 解决由于老年恒星种群污染导致的Hβ等效宽度（EW(Hβ)）偏差问题。
• 确定HII星系的恒星形成历史（SFH）是否可由简单的三爆发模型描述。
• 评估极端星暴中大质量恒星初始质量函数（IMF）的普适性。
• 评估三爆发模型对星系主序关系的启示意义。

提出的方法

• 从交叉匹配的GALEX、SDSS、UKIDSS和WISE星表中提取多波段测光数据。
• 采用CIGALE SED拟合方法，使用三爆发恒星形成历史参数化模型。
• 模型综合考虑了尘埃消光、电离气体发射以及恒星种群合成。
• 推导出校正因子（1 + fr），用于校正老年恒星种群对观测到的EW(Hβ)的污染影响。
• 假设大质量恒星的初始质量函数为普适性，通过case B光致电离模型约束电离光子逃逸分数。
• 拟合过程允许对每个爆发事件的年龄和恒星质量独立估计。

实验结果

研究问题

• RQ1 能否使用三爆发恒星形成历史模型准确描述HII星系的恒星种群特性？
• RQ2 观测到的Hβ等效宽度在多大程度上受到潜在老年恒星种群的污染影响？
• RQ3 HII星系中当前星暴贡献的总恒星质量占比是多少，与过去爆发事件相比如何？
• RQ4 Hβ光度是否仅取决于年轻恒星的质量，从而暗示大质量恒星具有普适性初始质量函数？
• RQ5 HII星系的恒星形成速率和SED特性与星系主序关系相比有何异同？

主要发现

• HII星系中当前星暴贡献的恒星质量不足总质量的3%，表明大部分恒星质量形成于过去的爆发事件。
• 老年恒星种群对EW(Hβ)污染的校正因子（1 + fr）范围为1.5至2.5，有助于精确确定年轻爆发的年龄。
• 三爆发模型能极好地拟合HII星系从紫外到中红外波段的SED，其中古老（100亿年）、中等年龄（约几亿年）和近期（约几百万年）爆发是主导成分。
• 在相同年龄下，Hβ光度仅取决于年轻恒星的质量，支持这些系统中大质量恒星的初始质量函数具有普适性。
• HII星系的当前恒星形成速率平均为Kennicutt Hα关系预测值的三倍，表明极端星暴的主序关系更陡更强。
• 电离气体中电离光子的逃逸分数较低，与case B光致电离模型一致，表明大多数Lyman连续光子在HII区被吸收。