The mid-infrared spectrum contains rich diagnostics to probe the physical properties of galaxies, among which the pervasive emission features from polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) offer a promising means of estimating the star formation rate (SFR) relatively immune from dust extinction. This paper investigates the effectiveness of PAH emission as a SFR indicator on sub-kpc scales by studying the Spitzer/IRS mapping-mode observations of the nearby grand-design spiral galaxy M51. We present a new approach of analyzing the spatial elements of the spectral datacube that simultaneously maximizes spatial resolution and spatial coverage, while yielding reliable measurements of the total, integrated $5-20\,\mu$m PAH emission. We devise a strategy of extracting robust PAH emission using spectra with only partial spectral coverage, complementing missing spectral regions with properly combined mid-infrared photometry. We find that in M51 the PAH emission correlates tightly with the extinction-corrected far-ultraviolet, near-ultraviolet, and H$\alpha$ emission, from scales$\sim 0.4$ kpc close to the nucleus to 6 kpc out in the disk of the galaxy, indicating that PAH serves as an excellent tracer of SFR over a wide range of galactic environments. But regional differences exist. Close to the active nucleus of M51 the 6.2 $\mu$m feature is weaker, and the overall level of PAH emission is suppressed. The spiral arms and the central star-forming region of the galaxy emit stronger 7.7 and 8.6 $\mu$m PAH features than the inter-arm regions.

中文翻译：

---

从 Spitzer 光谱中提取空间分辨多环芳烃排放的方法：在 M51 中的应用

中红外光谱包含丰富的诊断信息来探测星系的物理特性，其中多环芳烃 (PAH) 的普遍发射特征提供了一种有希望的方法来估计相对不受尘埃灭绝影响的恒星形成率 (SFR)。本文通过研究附近宏伟设计螺旋星系 M51 的 Spitzer/IRS 映射模式观测，研究了 PAH 发射作为亚 kpc 尺度上的恒星形成率指标的有效性。我们提出了一种分析光谱数据立方体空间元素的新方法，该方法同时最大化空间分辨率和空间覆盖范围，同时对总的、集成的 $5-20\,\mu$m PAH 排放进行可靠测量。我们设计了一种使用仅部分光谱覆盖的光谱提取稳健 PAH 发射的策略，用适当组合的中红外光度法补充缺失的光谱区域。我们发现在 M51 中，PAH 发射与消光校正的远紫外、近紫外和 H$\alpha$ 发射密切相关，从靠近原子核的尺度 $\sim 0.4 $ kpc 到盘中的 6 kpc银河系，表明多环芳烃在广泛的银河系环境中作为恒星形成率的极好示踪剂。但存在地区差异。靠近 M51 的活动核，6.2 $\mu$m 特征较弱，并且 PAH 的整体排放水平受到抑制。星系的旋臂和中央恒星形成区域比臂间区域发出更强的 7.7 和 8.6 $\mu$m PAH 特征。我们发现在 M51 中，PAH 发射与消光校正的远紫外、近紫外和 H$\alpha$ 发射密切相关，从靠近原子核的尺度 $\sim 0.4 $ kpc 到盘中的 6 kpc银河系，表明多环芳烃在广泛的银河系环境中作为恒星形成率的极好示踪剂。但存在地区差异。靠近 M51 的活动核，6.2 $\mu$m 特征较弱，并且 PAH 的整体排放水平受到抑制。星系的旋臂和中央恒星形成区域比臂间区域发出更强的 7.7 和 8.6 $\mu$m PAH 特征。我们发现在 M51 中，PAH 发射与消光校正的远紫外、近紫外和 H$\alpha$ 发射密切相关，从靠近原子核的尺度 $\sim 0.4 $ kpc 到盘中的 6 kpc银河系，表明多环芳烃在广泛的银河系环境中作为恒星形成率的极好示踪剂。但存在地区差异。靠近 M51 的活动核，6.2 $\mu$m 特征较弱，并且 PAH 的整体排放水平受到抑制。星系的旋臂和中央恒星形成区域比臂间区域发出更强的 7.7 和 8.6 $\mu$m PAH 特征。表明 PAH 在广泛的银河环境中是 SFR 的极好示踪剂。但存在地区差异。靠近 M51 的活动核，6.2 $\mu$m 特征较弱，并且 PAH 的整体排放水平受到抑制。星系的旋臂和中央恒星形成区域比臂间区域发出更强的 7.7 和 8.6 $\mu$m PAH 特征。表明 PAH 在广泛的银河环境中是 SFR 的极好示踪剂。但存在地区差异。靠近 M51 的活动核，6.2 $\mu$m 特征较弱，并且 PAH 的整体排放水平受到抑制。星系的旋臂和中央恒星形成区域比臂间区域发出更强的 7.7 和 8.6 $\mu$m PAH 特征。