[論文レビュー] A Corona Australis cloud filament seen in NIR scattered light. III. Modelling and comparison with Herschel sub-millimetre data

M. Juvela, V.-M. Pelkonen+4 more|arXiv (Cornell University)|Jun 23, 2012

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 68被引用数 5

ひとこと要約

本研究では、ヘーシェルの準ミリ波長領域でのダスト放射、近赤外線（NIR）散乱光、および星の赤化を組み合わせて、コロナ・オロプス雲のフィラメントの三次元構造をモデル化する。低〜中程度の消光（A_V < 15）では、ダスト放射と散乱光が列密度を一貫してトレースするが、フィラメント中心部におけるNIR表面輝度の深い谷は、顕著に低下した粒子アルベドがなければ再現できない。これは、ダスト性質の変化や非等方的放射場効果の可能性を示唆する。

ABSTRACT

With recent Herschel observations, the northern filament of the Corona Australis cloud has now been mapped in a number of bands from 1.2um to 870um. The data set provides a good starting point for the study of the cloud over several orders of magnitude in density. We wish to examine the differences of the column density distributions derived from dust extinction, scattering, and emission, and to determine to what extent the observations are consistent with the standard dust models. From Herschel data, we calculate the column density distribution that is compared to the corresponding data derived in the near-infrared regime from the reddening of the background stars, and from the surface brightness attributed to light scattering. We construct three-dimensional radiative transfer models to describe the emission and the scattering. The scattered light traces low column densities of A_V~1mag better than the dust emission, remaining useful to A_V ~ 10-15 mag. Based on the models, the extinction and the level of dust emission are surprisingly consistent with a sub-millimetre dust emissivity typical of diffuse medium. However, the intensity of the scattered light is very low at the centre of the densest clump and this cannot be explained without a very low grain albedo. Both the scattered light and dust emission indicate an anisotropic radiation field. The modelling of the dust emission suggests that the radiation field intensity is at least three times the value of the normal interstellar radiation field. The inter-comparison between the extinction, light scattering, and dust emission provides very stringent constraints on the cloud structure, the illuminating radiation field, and the grain properties.

研究の動機と目的

• コロナ・オロプス雲のフィラメントにおいて、星の赤化によるダスト消光、NIR散乱光、準ミリ波長領域のダスト放射から得られる列密度推定値を比較すること。
• 広い列密度動的範囲にわたる多波長観測と整合する標準ダストモデルの妥当性を検証すること。
• 放射線輸送モデルを用いて、フィラメントの三次元構造、放射場、および粒子性質を制約すること。
• 観測されたNIR散乱光強度のフィラメント中心部における異常な低下の原因を解明すること。この低下は標準モデルでは説明できない。

提案手法

• 密度と粒子性質を変化させた円筒形フィラメント幾何構造を用いた3次元放射線輸送モデルを構築した。
• 160、250、350、500 µmにおけるヘーシェルの準ミリ波長領域表面輝度を基準に、ダスト列密度と発光性を導出する。
• 星の赤化測定値を用いてA_Vを独立に推定し、散乱光および放射データと相関させた。
• 固定された粒子アルベドと非等方的放射場を仮定してNIR散乱光表面輝度をモデル化し、観測された表面輝度マップと比較した。
• 観測を再現するために、放射場の強度と非等方性（等方的成分と南方向成分の比が3:1など）を変化させた。
• 線路方向のFWHMを変更し、ランダムな密度フラクチュエーションを導入することで、雲の幾何構造と内部不均一性の感度を検証した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 コロナ・オロプスフィラメント全域において、消光、散乱、放射から得られる列密度推定値はどの程度一致するか？
• RQ2 標準ダストモデルは、観測された準ミリ波長領域の放射とNIR散乱光を同時に再現できるか？
• RQ3 観測された準ミリ波長領域およびNIRデータに一致させるために、必要な放射場の強度と非等方性はどの程度か？
• RQ4 なぜ、最も密度の高いクラスターの中心部でNIR散乱光表面輝度が著しく低くなるのか？
• RQ5 雲の幾何構造と内部不均一性の不確実性が、導出されたダストおよび放射場パラメータに与える影響はいかほどか？

主な発見

• A_V < 15の範囲では、消光、散乱光、ダスト放射による3つの列密度推定値が線形相関を示す。差異はダスト透過率の不確実性と放射場強度の違いで説明可能である。
• 散乱光は低A_V（<10）において最高解像度の列密度マップを提供し、発光に基づく推定値と強く相関している。
• ダスト放射モデルは、標準宇宙間放射場（ISRF）の約4倍の放射場強度を示しており、南方向成分が優位な非等方性（3:1の比）を示している。
• フィラメント中心部におけるNIR表面輝度の観測された谷は、標準的な粒子アルベドモデルでは再現できない。これは、ダスト性質の変化に起因する顕著なアルベド低下を必要とする。
• モデル化により、雲の幾何構造の不確実性（線路方向の長さ±30％）が中心列密度に与える影響は約20〜40％にとどまり、主な結論の妥当性が保証されていることが示された。
• 準ミリ波長領域のダスト発光性は、通常の拡散宇宙間物質と一致しており、最も密度の高い領域でもダスト性質の強い変化は見られない。