高红移星系中尘埃温度与质量的辐射平衡估计

估计高红移($z$)星系中尘埃的温度与质量，对于探讨早期宇宙尘埃起源至关重要。然而，这受限于红外光谱能量分布采样不足。本文提出一种假设尘埃处于辐射平衡下推导星系尘埃温度与质量的算法。我们针对三种几何构型给出算法表述：薄球壳、均匀球体和团块球体。我们还讨论了尘埃在紫外与红外波长的质量吸收系数$\kappa_{\rm UV}$和$\kappa_{\rm IR}$的影响。作为一个例子，我们将该算法应用于$z=7.5$处一个正常的含尘恒星形成星系A1689zD1，其尘埃连续谱有三个数据点可用。使用$\kappa_{\rm UV}=5.0\times10^4$ cm$^2$ g$^{-1}$和$\kappa_{\rm IR}=30(\lambda/100\mu m)^{-\beta}$ cm$^2$ g$^{-1}$（$\beta=2.0$），对于所考虑的三种几何构型，我们得到尘埃温度为38--70 K、质量为$10^{6.5-7.3}$ M$_\odot$。仅由尘埃连续谱中单个数据点我们得到了相似的温度与质量，表明该算法对红外观测有限的高红移星系具有实用性。在团块球体情形下，温度等同于通常修正黑体拟合的温度，因为描述团块性的附加参数起到了调节的作用。最佳拟合团块性参数为$\xi_{\rm cl}=0.1$，若团块尺寸为$\sim10$ pc，则对应于该高红移星系中团块体积填充因子约10%，与本地宇宙中巨分子云相似。