[論文レビュー] 3D spectroscopy with VLT/GIRAFFE - III: Mapping electron densities in distant galaxies

M. Puech, H. Flores+2 more|ArXiv.org|Mar 21, 2006

Scientific Research and Discoveries参考文献 32被引用数 10

ひとこと要約

本研究では、VLT/GIRAFFEを用いた高分解能積分場分光法を用いて、z ~ 0.55の6つの遠方銀河における電子密度の3次元マッピングを初めて実現した。[OII] λ3729/3726線の線幅比を分析することで、CFRS03.0508に吹き出しを確認し、LIRGであるCFRS03.9003に密度 ~200 cm⁻³ の巨大HII領域を同定した。これは、現在の8メートル望遠鏡を用いて高赤方偏移銀河のISM状態を調査する可能性を示している。

ABSTRACT

We used the moderately high spectral resolution of FLAMES/GIRAFFE (R=10000) to derive electron densities from [OII] line ratios in 6 galaxies at z~0.55. These measurements have been done through the GIRAFFE multiple integral field units and are the very first mapping of electron densities in such distant objects. This allows us to confirm an outflow and identify the role of giant HII regions in galactic disks. Such measurements could be used in the future to investigate the nature of the physical processes responsible for the high star formations rates observed in galaxies between z~0.4 and z~1.

研究の動機と目的

• 現在の8メートル望遠鏡と積分場分光法を用いて、高赤方偏移銀河における電子密度マッピングの可能性を示すこと。
• 特に高星形成率に関連して、遠方銀河の電離された星間媒体（ISM）の物理的状態を調査すること。
• z ~ 0.55の銀河における、巨大HII領域および吹き出しのISM構造と力学的ダイナミクスへの寄与を明らかにすること。
• 将来的な研究の基盤を提供し、高赤方偏移銀河における電子密度、金属量、星形成率の関係を解明すること。

提案手法

• 35個の銀河（z ~ 0.55）に対して、スペクトル分解能R ~ 10000のFLAMES/GIRAFFEをマルチ-IFUモードで使用し、[OII]二重線（λλ3729,3726Å）の空間分解スペクトルを取得した。
• 信噪比（SNR ≥ 8/スペクトル素子）が高く、空間サンプリング（≥6ピクセル）が十分に確保された6つの銀河を選定し、信頼性の高い電子密度マッピングを実施した。
• [OII]二重線のフィッティングの前に、線幅プロファイルの形状を保持するため、Savitzky-Golayフィルタを適用した。
• 理論的関係（r, Ne, Teの間）を用いて、観測された線幅比r = 3729/3727Åから電子密度を計算した（Osterbrock & Ferland, 2006）。電子温度に弱い依存性を示す。
• データキューブに対して5×5の空間補間を実施し、電子密度、ドップラー速度、速度分散、[OII]カウントの滑らかなマップを生成した。
• HST/CFHT画像と照合することで、形態的特徴を解釈し、星形成領域の位置を特定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 中分解能積分場分光法を用いた8メートル望遠鏡で、高赤方偏移銀河（z ~ 0.55）における電子密度を信頼性高くマッピングできるか？
• RQ2 遠方銀河における電子密度の空間的分布は、吹き出しや回転ディスクなどの運動学的構造とどのように相関するか？
• RQ3 高電子密度領域は、巨大HII領域または相互作用系における合体誘発星形成と一致するか？
• RQ4 観測された電子密度は、z ~ 0.4–1の銀河で観測される高星形成率とどのように関係しているか？
• RQ5 低空間分解能、チリの減光、複雑な運動学的系における線幅の重なりが、導出された電子密度マップにどれほどバイアスを及えるか？

主な発見

• 6つの銀河（z ~ 0.55）に対して、現在のIFU機器を用いた遠方銀河における初の3次元電子密度マップが成功裏に生成された。
• CFRS03.0508では、吹き出しに一致する領域に約200 cm⁻³の高い電子密度が検出され、その存在が確認され、密度の高い電離ガスの噴出を示した。
• LIRGであるCFRS03.9003では、電子密度 ~200 cm⁻³ の巨大HII領域が同定され、約2 kpcにわたるスケールで、高星形成率の原因である可能性が示された。
• CFRS22.0504では、回転ディスク構造において中心および縁部に電子密度がピークを示し、星形成クチの位置に明確な高密度領域（67 cm⁻³）が存在した。
• 相互作用系であるCFRS22.0919では、潮汐尾部で電子密度が200 cm⁻³を超えており、合体誘発衝撃波によるイオン化と星形成の増強と一致した。
• [OII]カウントマップは、LCGでは星形成が中心部の青色コアに集中しているのに対し、スパイラル銀河ではディスク全体に広がっていることを示し、中心から外縁への星形成の径方向移動を支持した。