Measuring star-formation rates in galaxies and their correlation with X-ray emission

Abstract

We present a study of different star-formation rate (SFR) indicators, focusing on Hα emission, and its comparison with other SFR tracers. We present Hα photometry and provide calibrations of Hα-based SFRs for the Star-FormationReference Survey (SFRS), a representative sample of star-forming galaxies in the local Universe. We explore the effect of extinction correction based on the Balmer decrement, infrared excess (IRX), and fits of spectral energy distributions (SEDs), as well as, corrections for the contribution of the [N II] lines emission. We provide a functional description between extinction and metallicity. For a subset of the SFRS sample with good quality X-ray data, we explore the connection between SFR and X-ray luminosity (L X ) in sub-galactic scales. There is good agreement with established L X –SFR relations down to log SFR −3 M/yr, below which an excess in X-ray luminosity emerges which likely arises from low-mass X-ray binaries. The SFR derived from Hα shows the tightest correlation with X-ray luminosity because Hα emission probes stellar populations with ages similar to HMXB formation timescales. In order to explore the effect of metallicity on the X-ray luminosity–SFR relation, we present a systematic study of the metallicity variations within the collisional ring galaxy NGC 922, based on long-slit spectroscopic, X-ray, and IR observations. We find a metallicity difference between star-forming regions in the bulge and the ring, with metallicities ranging from almost solar to significantly sub-solar ([12 + log(O/H)]=8.2). We find an anti-correlation between the X-ray luminosity and metallicity of the sub-galactic regions of NGC 922.The different regions have similar stellar population ages leaving metallicity asthe main driver of the anti-correlation.

Παρουσιάζουμε μια εκτεταμένη μελέτη δεικτών ρυθμού αστρογένεσης (ΡΑ) γαλαξιών και αστρικών πληθυσμών (ΑΠ), εστιάζοντας στην γραμμή εκπομπής υδρογόνου α (Ηα) και την σύγκριση του με άλλους δείκτες ΡΑ. Παρουσιάζουμε φωτομετρία στην φασματική γραμμή Ηα για το αντιπροσωπευτικό δείγμα γαλαξιών Star Formation Reference Survey (SFRS) του τοπικού Σύμπαντος. Διερευνούμε το αποτέλεσμα της διόρθωσης της απόσβεσης μέσω της μείωσης Balmer, της περίσσειας υπερύθρου (IR excess), και φασματικών κατανομών ενέργειας (spectral energy distributions, SED). Επίσης διερευνούμε το αποτέλεσμα της συνεισφοράς της εκπομπής των γραμμών του αζώτου [N II] στις μετρήσεις της λαμπρότητας της γραμμής Ηα μέσω απεικόνισης με φίλτρα μικρού φασματικού εύρους. Επίσης ποσοτικοποιούμε την συσχέτιση μεταξύ απόσβεσης και μεταλλικότητας των γαλαξιών. Για ένα δείγμα του SFRS με καλής ποιότητας δεδομένα ακτίνων Χ (Chandra) διερευνούμε σε υπό-γαλαξιακές κλίμακες την συσχέτιση μεταξύ της φωτεινότητας ακτίνων Χ (ΦΧ) από υψηλής μάζας δυαδικά συστήματα αστέρων ακτίνων Χ (HMXBs) και ΡΑ. Βρίσκουμε συμφωνία με υπάρχουσες μελέτες ΦΧ-ΡΑ για log ΡΑ μέχρι −3 M/yr και περίσσεια ΦΧ για ΑΠ με μικρότερους ΡΑ. Η περίσσεια αυτή πιθανότατα προκαλείται από ένα πληθυσμό δυαδικών συστημάτων αστέρων χαμηλής μάζας ακτίνων Χ (LMXBs). Οι ΡΑ μέσω Ηα έχουν την καλύτερη συσχέτιση με ΦΧ καθώς η εκπομπή Ηα προέρχεται απο ΑΠ με ηλικίες παραπλήσιες με τα HMXBs. Προκειμένου να μελετήσουμε την επίδραση της μεταλλικότητας στην συσχέτιση ΦΧ-ΡΑ παρουσιάζουμε μια συστηματική μελέτη των διαφοροποιήσεων της μεταλλικότητας και της ΦΧ εντός του δακτυλιοειδή γαλαξία NGC 922. Βρίσκουμε πως η μεταλλικότητα του δακτυλίου του NGC 922 είναι πολύ χαμηλότερη ([12 + log(O/H)]=8.2) σε σύγκριση με αυτή του πυρήνα. Βρίσκουμε πως υπάρχει μια αντισυσχέτιση μεταξύ της ΦΧ και της μεταλλικότητας στον γαλαξία NGC 922. Οι διάφορες υπογαλαξιακές περιοχές έχουν ΑΠ παραπλήσιας ηλικίας και έτσι η διαφορετική μεταλλικότητα των περιοχών αυτών είναι ο κύριος λόγος για αυτήν την αντισυσχέτιση.