贫金属星系中的尘埃可能比预期更为稀少
宇宙学与河外天体物理
2013-10-21 v1
摘要
在宇宙年龄小于 10 亿年时（即红移 z>6）观测到的‘正常’星系，迄今为止尚未显示出伴随本地宇宙恒星形成的冷尘埃存在的证据，而在本地宇宙中尘埃与气体的质量比为 1%。一个典型的例子是'Himiko'（z=6.6），它在宇宙大爆炸后仅 8.4 亿年就以 30-100 Msun/yr 的速率形成恒星，产生的质量组装时间 M^{star}/SFR 为 150x10^6 年。据估计，Himiko 的重元素（金属丰度）比例较低（仅为太阳值的 2-3%），虽然目前尚无法确定其气体质量，但其尘埃与恒星质量比被限制在<0.05%。本地星系 I Zw 18 的金属丰度为太阳值的 4%，其恒星形成率虽低于 Himiko，但相对于其质量而言仍然剧烈（M^{star}/SFR 为 1.6x10^9 年），该星系也极度缺乏尘埃，或许是可供详细研究的原始星系的最佳类比对象之一。在此，我们报告了对 I Zw 18 尘埃发射的观测结果，据此确定其尘埃质量为 450-1800 Msun，得出的尘埃与恒星质量比约为 10^{-6}-10^{-5}，尘埃与气体质量比为 3.2-13x10^{-6}。如果 I Zw 18 是 Himiko 的合理类比对象，那么 Himiko 的尘埃质量约为 50,000 Msun，比当前的上限低两个数量级。这些数值存在相当大的不确定性，但如果大多数高红移星系更像 Himiko 而非类星体宿主 SDSS J114816.64+525150.3，那么探测其中气体和尘埃的前景将比此前预期的要严峻得多。
引用
@article{arxiv.1310.4842,
title = {Dust May Be More Rare Than Expected in Metal Poor Galaxies},
author = {David B. Fisher and Alberto D. Bolatto and Rodrigo Herrera-Camus and Bruce T. Draine and Jessica Donaldson and Fabian Walter and Karin M. Sandstrom and Adam K. Leroy and John Cannon and Karl Gordon},
journal= {arXiv preprint arXiv:1310.4842},
year = {2013}
}
备注
13 pages, 4 figures, accepted for publication in Nature