正常星系与星爆星系中的高-J CO 与远红外关系

我们利用 {\it{Herschel}} 光谱与光度成像接收器傅里叶变换光谱仪 (SPIRE; FTS) 的光谱数据以及光导阵列相机与光谱仪 (PACS) 的光度数据，展示了 167 个本地星系中 9 种 CO 跃迁（$J=4-3$ 至 $12-11$）与波束匹配的远红外 (Far-IR) 光度 ($L_{\mathrm{FIR},\,b}$) 之间的相关性。我们采用来自 {\it{IRAS}} 修订亮星系样本的全星系 FIR 光度 ($L_{\mathrm{FIR},\,e}$)，并利用 PACS 图像校正为 $L_{\mathrm{FIR},\,b}$ 以匹配变化的 FTS 波束大小。所有 9 个 $L'_{\mathrm{CO}}$ 与 $L_{\mathrm{FIR},\,b}$ 之间的相关性本质上是线性的且紧密（弥散度 $\sigma$=0.2-0.3 dex），即使对于最高跃迁 $J=12-11$ 也是如此。这支持了恒星形成率 (SFR) 与致密分子气体 ($n_{\mathrm{H}_2}\gtrsim10^{4-6}\,cm^{-3}$) 呈线性相关的观点。我们将整个样本分为三个子样本，发现较小的样本量会导致相关斜率出现巨大差异。我们还推导了整个样本的平均 CO 谱线能量分布 (SLED)，并讨论了这些本地星系所隐含的平均分子气体性质。我们进一步将样本扩展至具有文献中 CO $J=5-4$ 数据的高红移 ({\it{z}}) 星系，包括亚毫米星系 (SMGs) 和“正常”恒星形成 BzK 星系。BzK 星系具有与本地星系相似的 FIR/CO(5-4) 比率，并很好地遵循本地确定的相关性，而 SMG 比率则落在本地相关性附近或略高于该相关性，且具有较大的不确定性。最后，通过纳入银河系 CO($J=10-9$) 数据以及非常有限的高红移 CO $J=10-9$ 数据，我们验证了 CO(10-9) -- FIR 相关性成功扩展至银河系年轻恒星天体，表明线性相关性在 15 个数量级范围内均有效。