对 $z=0-2$ 星系中冷尘埃含量的受控研究

在 $z=1-3$ 处，新恒星的形成主要由富含尘埃的星系主导，其远红外发射表明它们所含尘埃的温度比类似光度的本地星系更低。我们利用以下样本探讨类似星系在宇宙时间尺度上红外发射演化的原因：1) 来自 GOALS 的本地星系 ($L_{\rm IR}=10^{11}-10^{12}\,L_\odot$)；2) 来自 5MUSES 的 $z\sim0.1-0.5$ 星系 ($L_{\rm IR}=10^{10}-10^{12}\,L_\odot$)；3) 来自 GOODS 和 Spitzer xFLS、覆盖 $z=0.5-3$ 的红外亮星系 ($L_{\rm IR}>10^{11}\,L_\odot$)。所有样本均具有 Spitzer 中红外光谱以及 Herschel 和地面亚毫米波成像，覆盖了完整的红外光谱能量分布，使我们能够可靠地测量每个星系的 $L_{\rm IR}^{\rm\scriptscriptstyle SF}$、$T_{\rm dust}$ 和 $M_{\rm dust}$。尽管红外光度相似，$z>0.5$ 的富含尘埃的恒星形成星系具有高出 5 倍的尘埃质量和低 5 K 的温度。尘埃质量的增加与气体分数随红移的增加有关，而我们并未观察到恒星质量或恒星形成效率有类似的增加。作为 $T_{\rm dust}$ 代理的 $L_{160}^{\rm\scriptscriptstyle SF}/L_{70}^{\rm\scriptscriptstyle SF}$ 与 $L_{\rm IR}^{\rm\scriptscriptstyle SF}/M_{\rm dust}$ 强相关，且与红移无关。我们测量了一个子样本的并合分类和星系大小，这些参数与 $L_{\rm IR}^{\rm \scriptscriptstyle SF}/M_{\rm dust}$ 或 $L_{160}^{\rm\scriptscriptstyle SF}/L_{70}^{\rm\scriptscriptstyle SF}$ 之间没有明显的相关性。在富含尘埃的恒星形成星系中，$L_{\rm IR}^{\rm\scriptscriptstyle SF}/M_{\rm dust}$ 的变化可以完全解释观测到的更冷尘埃温度，这表明星际介质空间范围的任何变化都是次级效应。