使用远红外及多环芳香烃辐射追溯红移为0,1,2处的星系恒星形成

We propose to combine Herschel and Spitzer survey data to study the star-forming galaxy populations at three epochs corresponding to redshifts 0, 1, and 2. In particular, the galaxy populations in different luminosity bins (star forming, LIRG, ULIRG and HyperLIRG) is needed to determine the star formation history of the Universe. One of the great heritages of the Spitzer Space Telescope is detection of PAH emission from star forming galaxies. The strong PAH emission at rest 7.7μm provides not only a good measure of star formation rate but also a good photometric redshift estimate. A PAH-selected star forming galaxy sample will have better-determined photometric redshifts than a FIR selected sample. Neither sample suffers much bias because of dust attenuation, and thus the PAH-selected sample provides a fair estimate of the star forming population at any redshift.The Spitzer IRAC 8μm, the IRS peak-up 16μm, and the MIPS 24μm surveys effectively detect star forming galaxies with strong PAH emission at z=0, 1, and 2 respectively. However, Spitzer 70 and 160 micron data are not sensitive enough to detect the FIR emission from most galaxies at high redshift. Herschel PACS and SPIRE, which are sensitive enough to detect galaxies as far as z>6 will provide the needed data. The combination of Spitzer and Herschel data will provide all measurement of the star formation history from z=2 to the present.

本项目将结合Herschel和Spitzer的巡天数据研究红移在0,1,2三个阶段的恒星形成星系（SFG）。宇宙恒星形成历史的测定需要不同光度的星系（恒星形成、亮红外、极亮红外和超亮红外星系）。Spitzer的伟大继承之一在于对SFG多环芳香烃（PAH）辐射的探测。PAH在7.7微米处的强辐射能很好的测量星系的恒星形成率及测光红移。基于PAH选的SFG样本相比远红外选的样本测光红移更准，而两个样本受尘埃消光的影响都很小。因此，PAH选择的样本在任何红移处都能很好的测量星系恒星形成。Spitzer的IRAC 8微米、IRS 16微米和MIPS 24微米巡天观测能有效探测红移在0,1,2处的强PAH辐射SFG。但其70和160微米数据的灵敏度过低难以探测大部分高红移星系的远红外辐射。而Herschel的PACS和SPIRE正好弥补这一缺陷。结合两望远镜数据可测量红移从2到0的所有恒星形成历史。

用芳香烃多环苯分子（PAH）作为星系恒星形成率的示踪物， 我们选出了在红移z=0.1, 1, 1.8处的恒星形成星系样本。在高红移处（z=1~2）， 样本中的星系具有较大质量。我们研究表明样本中大部分具有强PAH发射的星系处于主序（main sequence）, 但许多有强PAH发射的主序星系有着强X射线辐射，说明他们中间包含活动星系核， PAH辐射和活动星系核并无强的反相关。而处于主序之上的星系包含活动星系核的比例相当高（）70%），表明高恒星形成率和活动星系核有着强相关，星系和其中的大质量黑洞共同演化。对于近邻PAH星系的研究，我们进行了光谱巡天，获得4000个PAH的光谱，因而得到了它们的金属丰度。我们发现PAH和红外光度比随金属丰度的减少而减少。其原因是PAH分子在底金属丰度低的星系里不存在。最后我们比较了星系在这3个红移处的8微米光度函数，发现了极强的光度演化。

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