Никола 2019, 30 юни · втори лист — Задача 3. Прах и млади звезди в галактики с повишено звездообразуване

Задачи – 30 юни 2019г. · 30 юни 2019 г. · 75 т.

Условие

Като страничен продукт от образуването на звезди в галактиките, междузвездният прах може значително да погълне ултравиолетовата (UV) и видимата светлина и да я преизлъчи далечния инфрачервен диапазон (FIR, 10 до 300 μm).

1.1. В ултравиолетовата част от спектъра на една галактика светлината се излъчва основно от младите звезди, образувани от настоящите процеси на звездообразуване и поради това, UV светимостта може да служи като надежден индикатор за темпа на звездообразуване (SFR) в галактиката. Тъй като UV светимостта е силно повлияна от поглъщането, причинено от праха, астрономите, които се занимават с извънгалактични изследвания са дефинирали един индекс, който са нарекли UV continuum slope (β), за да опишат количествено формата на ултравиолетовия континуум:

където $f_\lambda$ е монохроматичният поток (спектрална плътност) на галактиката на някаква дължина на вълната (в единици W.m$^{-3}$ ) а $Q$ е скалираща (мащабна) константа.

(D1.1.1) AB звездните величини представляват специфична система от звездни величини и се дефинират по следния начин:

AB звездната величина в ултравиолетовия диапазон е сравнително постоянна за една типична галактика. Каква е стойността на UV slope за такава галактика? (Подсказка: $f_\nu \Delta\nu = f_\lambda \Delta\lambda$ ) [6 т.]

(D1.1.2) В Таблица 1 са представени наблюдателните резултати от инфрачервена фотометрията на галактиката, наречена CR7, с червено отместване $z = 6.60$. Начертайте AB звездната величина на CR7 като функция от логаритъма на дължината на вълната в отправна система, в която тя е неподвижна (в логаритмичен мащаб) на листа за чертане на графики (на логаритмичната милиметрова хартия) и я означете като Figure 1. [12 т.]

(D1.1.3) Пресметнете UV slope на CR7, начертайте кривата, която най-добре описва UV континуума на Figure 1 и сравнете този UV slope с получената стойност в част (D1.1.1). Съдържа ли повече прах тази галактика от обикновените галактики? (D1.1.1)? Моля отговорете с [YES] или [NO]. (Подсказка: Изразете $\mathrm{m_{AB}}$ като функция на $\lambda$ и $m_{1600}$, където $m_{1600}$ е AB звездната величина на дължина на вълната $\lambda_0 = 160\ \mathrm{nm}$ (1600 Å)) [5 т.]

Таблица 1. (В отправна система, свързана с наблюдателя) IR фотометрия на галактиката CR7 с z=6.60

1.2. Приемайки, че прашинките от в галактиката поглъщат енергията на ултравиолетовите фотони и я преизлъчват като чернотелно лъчение, то връзката между UV continuum slope (β), ултравиолетовата яркост (UV brightness, на 1600 Å) и яркостта в далечния инфрачервен диапазон (FIR brightness) може да бъде записана по следния начин:

където $F_{FIR}$ е наблюдаваният поток в далечния инфрачервен диапазон, $F_{1600}$ е наблюдаваният поток на дължина на вълната 160nm (в лабораторна неподвижна система)(1600 Å) („Потокът“ $F_\lambda$ се дефинира по следния начин $F_\lambda = \lambda \cdot f_\lambda$). В Таблица 2 са представени стойностите на $\beta$, $F_{FIR}$ and $F_{1600}$ за 20 близки галактики (Meurer et al. 1999).

Таблица 2. UV slope, UV поток и FIR поток за 20 близки галактики

(D1.2.1) Базирайки се на данните в Таблица 2, начертайте графика, на милиметрова хартия, на зависимостта IRX − β, означете я с Figure 2 и начертайте правата, която най-добре описва точките. Запишете уравнението на тази права във вида ( $\mathrm{IRX} = a \cdot \beta + b$) отстрани на графиката. [14 т.]

(D1.2.2) Оценете дисперсията (в единици dex, , $\log(10^9) - \log(10^4) = 5\ \mathrm{dex}$ ) между наблюдаваните $\mathrm{IRX_{obs}}$ и пресметнатите $\mathrm{IRX_{pred}}$ стойности на използвайки следното уравнение:

[6 т.]

1.3. Използвайки горното предположение за процесите на предаване на енергия, съотношението между $F_{FIR}$ и $F_{1600}$може да се изрази по следния начин:

където $F_{1600}$е потокът преди поглъщането, $A_\lambda$ е поглъщането от праха в звездни величини като функция на дължината на вълната $\lambda$.

(D1.3.1) Изразете $A_{1600}$ като функция от IRX. [6 т.]

(D1.3.2) Базирайки се на данните в таблица 2 и функцията за $A_{1600}(IRX)$, която сте извели в предната част на задачата, начертайте графика, на милиметрова хартия, на зависимостта $\mathrm{A_{1600}} - \beta$, означете я като Figure3 и начертайте правата, която най-добре описва данните. Запишете уравнението на тази права във вида ($\mathrm{A_{1600}} = a' \cdot \beta + b'$ ) отстрани на графиката. [12 т.]

(D1.3.3) Ако линейният модел от (D1.3.2) е верен, то каква е очакваната стойност за UV continuum slope $\beta_0$ на галактика в която няма никакъв прах? [2 т.]

Решение

---

Оригинал в Архива: astro-3062019a.pdf