[論文レビュー] A Corona Australis cloud filament seen in NIR scattered light I. Comparison with extinction of background stars

M. Juvela, Pelkonen, V. -M.+2 more|ArXiv.org|Aug 12, 2007

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 61被引用数 17

ひとこと要約

本研究は、近赤外線（NIR）散乱光が、静穏な銀河間雲において、ほこりの面密度を信頼性高く高分解能で示す tracer であることを確認した。結果は、背景星からの減光測定と非常に良く一致しており、$A_{\rm V} \sim 15^\mathrm{m}$ までその一致度が高い。この手法は星に基づく減光マッピングを上回る空間分解能を示し、Ksバンドにおける熱的ほこり放射の寄与は顕著でないことが判明した。これにより、散乱光は高精度な雲構造マッピングに強力なツールであることが裏付けられた。

ABSTRACT

With current near-infrared (NIR) instruments the near-infrared light scattered from interstellar clouds can be mapped over large areas. The surface brightness carries information on the line-of-sight dust column density. Therefore, scattered light could provide an important tool to study mass distribution in quiescent interstellar clouds at a high, even sub-arcsecond resolution. We wish to confirm the assumption that light scattering dominates the surface brightness in all NIR bands. Furthermore, we want to show that scattered light can be used for an accurate estimation of dust column densities in clouds with Av in the range 1-15mag. We have obtained NIR images of a quiescent filament in the Corona Australis molecular cloud. The observations provide maps of diffuse surface brightness in J, H, and Ks bands. Using the assumption that signal is caused by scattered light we convert surface brightness data into a map of dust column density. The same observations provide colour excesses for a large number of background stars. These data are used to derive an extinction map of the cloud. The two, largely independent tracers of the cloud structure are compared. Results. In regions below Av=15m both diffuse surface brightness and background stars lead to similar column density estimates. The existing differences can be explained as a result of normal observational errors and bias in the sampling of extinctions provided by the background stars. There is no indication that thermal dust emission would have a significant contribution even in the Ks band. The results show that, below Av=15mag, scattered light does provide a reliable way to map cloud structure. Compared with the use of background stars it can also in practice provide a significantly higher spatial resolution.

研究の動機と目的

• 静穏な分子雲において、近赤外線散乱光が表面輝度を支配しているかどうかを検証すること。これにより、ほこりの面密度を正確に推定できるかを評価する。
• 背景星の減光から得られる面密度マップと、近赤外線散乱光から得られる面密度マップを比較し、一貫性と分解能の違いを評価すること。
• $A_{\rm V} \leq 15^\mathrm{m}$ の領域において、散乱光が信頼できる tracer であるかを評価すること。ここでは、減光勾配と星のサンプリングが不足しているため、従来の手法にバイアスが生じる可能性がある。
• 熱的ほこり放射が、特にKsバンドにおいて観測された近赤外線強度に顕著な寄与をしているかどうかを特定すること。
• 特に背景星の数が少ない領域（例：雲の中心部）において、散乱光を用いた高分解能マッピングが実現可能かどうかを評価すること。

提案手法

• ESOのラ・シルヤ・パラナル天文台（プログラムID 077.C-0338）で、J、H、Ksバンドの深紫外赤外画像を取得した。
• 散乱が信号を支配すると仮定した放射輸送モデルを用いて、表面輝度マップをほこりの面密度マップに変換した。
• 同じ領域の背景星の色超過にNICER法を適用し、独立した減光マップを生成した。
• 2つの tracer（散乱光と星の減光）をフィラメント全体にわたり空間的に比較し、乖離の統計的分析を行った。
• 積分時間とビームサイズを補正した上で、NIR散乱光手法と、SIMBAなどの準ミリ波長機器との感度および分解能を比較した。
• 標準的なほこり散乱法則（例：Mathis et al. 1983; Lehtinen et al. 1996）を用いて、散乱光のスペクトルエネルギー分布をモデル化し、観測強度との整合性を検証した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 静穏な銀河間フィラメントにおいて、近赤外線散乱光が表面輝度を支配しており、特にKsバンドで顕著であるか？
• RQ2 さまざまな $A_{\rm V}$ 範囲において、NIR散乱光から得られる面密度推定値と、背景星の減光から得られる推定値はどの程度一致するか？
• RQ3 星のサンプリングが不足していることや減光勾配がある場合、背景星に基づく減光マップの精度にどの程度バイアスが生じるか？
• RQ4 低〜中程度の減光領域において、熱的ほこり放射が観測されたNIR強度に顕著な寄与をしているか？
• RQ5 背景星が少ない領域においても、NIR散乱光マッピングが星に基づく減光マッピングを上回る空間分解能を達成できるか？

主な発見

• J、H、Ksバンドにおける散乱光の表面輝度は、ほこり散乱による支配的寄与と整合的であり、低 $A_{\rm V}$ では熱放射の顕著な証拠は見当たらない。
• $A_{\rm V} \leq 15^\mathrm{m}$ の領域では、散乱光と背景星の減光から得られる面密度推定値が $\sim$0.5–1.0 $A_{\rm V}$ mag の範囲で一致しており、両者の tracer 間の強い一貫性が示された。
• 散乱光手法は、星の密度とビームの平滑化による制限を受ける星ベース手法に比べ、空間分解能が数倍優れている。
• $A_{\rm V} = 15-20^\mathrm{m}$ の範囲では、散乱光が色超過法に比べて最大50％高い減光を予測しており、これは星のサンプリングが不足していることと強い勾配によるバイアスの可能性がある。
• 背景星が検出されない雲の中心部では、NICER法は失敗するが、散乱光の形状は依然として局所的な減光最大値を明らかにし、定性的なマッピングを可能にした。
• SIMBAなどの準ミリ波長機器がNIR散乱光手法の精度に匹敵するには、13～52時間の観測が必要であると推定され、NIR散乱光が高分解能マッピングにおいて極めて効率的であることが示された。