Transcript

Toward a Quantitative Interpretation of Mid­IR Spectra of Galaxies  

B. Nikolic (NRAO), P. Alexander (Cambridge), M. Clemens (Padova), D. Ford (Cambridge), G. Cotter (Oxford), M.S. Longair (Cambridge)

Figure A: The model correlation between 8­micron luminosity (convolved with the Spitzer filter response) and H­alpha luminosity  (broken line styles) for dust shell radii of 100pc, 2kpc and 5kpc  (dashed, dotted and dash­dotted respectively). Also shown is best­fitting correlation by Wu et al (2005, solid line and inset).

Figure B: As Figure A but showing the expected and observed correlations between 24­micron luminosity and H­alpha luminosity.

The Method

Starburst99 + Comprehensive dust model

Simple radiative transfer+

Allows investigation of the effects of star­burst age, metallicity, IMF etc. Also, can directly derive other parameters such as ionising photon flux, S/N rate.

Takes fully into account stochastic heating for a full size distribution of carbonaceous and silicate grains.

Appropriate for mid­IR models since only UV/optical photons are important in exciting the emission.

The model spectra were produced for a star­formation rate of 7 solar masses per year (derived from Brackett line measurements, radio measurements), and with dust shell radius of 400pc (derived from mid­IR imaging above).

Galactic dust model

Dust particles 3.5­6 A destroyed

7.9 micron MICHELLE image

K­band + ISO

Case study: NGC 520ISOCAM/CVS spectra (solid line)

Assumed star formation rate 120 solar masses per year (Bracket lines, FIR luminosity), dust shell radius 150pc (mid­IR imaging), column density 1.21022 cm­2 

(Brackett  lines).

Galactic dust model

Dust particles 3.5­35 A destroyed

11 micron MICHELLE image

HST/ Thompson 2005Case study: Arp 220Spitzer/IRS spectra (solid line)

Summary

➔ We have constructed a framework for modelling  mid­IR emission of galaxies which makes it possible to directly relate observed spectra or photometry to the star­formation rate, dust properties and/or geometry.

➔ The models naturally reproduce the observed correlation between mid­IR luminosity and star­formation rate. They indicate that dust responsible for the bulk of mid­IR emission is not directly associated with the young stars. 

➔ More detailed studies of a moderate (NGC 520) and very intense (Arp 220) starburst are presented. Although there is a rough agreement between models and observations, it is clear properties of the dust must be changing. 

➔ The effect of destruction of the smallest grains is investigated and shown to be consistent with the observations. A reasonable fit to the observed spectrum of Arp 220 requires destruction of a large fraction of the small grain population.

Acknowledgements & References➔ We have made use of observations obtained from the ISO and Spitzer 

archives. Additionally, the results here are based on observations with UKIRT/MICHELLE.

➔ We would also like to thank Dr. Kotilainen for providing us with the K­band image of NGC 520.

➔ The dust model is based on the work of Draine, Li and Weingartner (published in a series of three articles in ApJ in 2001). The Starburst99 stellar population synthesis models are described by Leitherer et al, 1999, ApJS.

➔ The mid­IR/SFR correlations are from Wu et al, 2005, ApJ.

Figure C: Strengths of the 3.3 (dotted line), 7.7 (solid line) and 11.3 (dashed line) micron emission features as functions of shell gas column density. The exciting spectrum is from a continuously star forming starburst.

Figure D: Evolution of mid­IR emission with starburst age, shown at ages of 5, 100, 475 and 1000 million years. Top is absolute mid­IR luminosity, while in the bottom the traces have been normalised by the stellar luminosity at that age.

Recommended