[論文レビュー] An H-alpha survey aiming at the detection of extraplanar diffuse ionized gas in halos of edge-on spiral galaxies. I. How common are gaseous halos among non-starburst galaxies?

Joern Rossa, R.‐J. Dettmar|ArXiv.org|Apr 24, 2003

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 41被引用数 65

ひとこと要約

本研究では、非星爆銀河における非銀河的拡散イオン化ガス（eDIG）の広がりの程度を特定する目的で、74個の縁面銀河に対するH𝛼調査を実施した。H𝛼撮像を用いて、星形成活動が十分に高い銀河ではeDIGハローが一般的であることが判明し、検出可能なeDIGの閾値として、(3.2±0.5)×10⁴⁰ erg s⁻¹ kpc⁻² の星形成率面密度が特定された。これは、銀河ディスクの星形成とハローのイオン化の直接的な関連を裏付けるものである。

ABSTRACT

In a series of two papers we present results of a new H-alpha imaging survey, aiming at the detection of extraplanar diffuse ionized gas in halos of late-type spiral galaxies. We have investigated a sample of 74 nearby edge-on spirals, covering the northern and southern hemisphere. In 30 galaxies we detected extraplanar diffuse emission at mean distances of |z|~1-2 kpc. Individual filaments can be traced out to |z|<= 6 kpc in a few cases. We find a good correlation between the FIR flux ratio (S_60/S_100) and the SFR per unit area (L_FIR/D^2_25), based on the detections/non-detections. This is actually valid for starburst, normal and for quiescent galaxies. A minimal SFR per unit area for the lowest S_60/S_100 values, at which extended emission has been detected, was derived, which amounts to (dE/dt)_A25^thres = (3.2+-0.5)x10E+40 erg/s/kpc^2. There are galaxies where extraplanar emission was detected at smaller values of L_FIR/D^2_25, however, only in combination with a significantly enhanced dust temperature. The results corroborate the general view that the gaseous halos are a direct consequence of SF activity in the underlying galactic disk.

研究の動機と目的

• 非星爆、縁面スパイラル銀河における非銀河的拡散イオン化ガス（eDIG）ハローの広がりの程度を特定すること。
• 銀河ディスクにおける星形成活動とハロー内eDIGの存在との相関関係を調査すること。
• eDIGの検出に必要な星形成率面密度（単位面積あたりのSFR）の定量的閾値を確立すること。
• ほこりの温度上昇が、低SFR銀河におけるeDIG検出閾値を低下させ得るかどうかを評価すること。
• 幅広いFIRランプシティおよびハッブル型をカバーする偏りのないサンプルを提供し、初期型および遅れ型スパイラルを含むこと。

提案手法

• チリのESO望遠鏡およびカラホの望遠鏡を用いて、74個の近距離縁面スパイラル銀河に対して深さのあるH𝛼狭帯域撮像を実施した。
• ディスク面からの垂直距離|z|まで6 kpcまで、H𝛼の放射度および表面輝度を測定し、拡散イオン化放射を検出する。
• FIRランプシティ（L_FIR）および銀河の25等級等光度直径（D_25）を用いて、単位面積あたりの星形成率（SFR）を計算した。
• ほこりの温度および星形成効率の指標として、FIRフラックス比S_60/S_100を算出した。
• 検出と非検出の統計的分析を用いて、eDIGが検出されないSFR面密度の閾値を定義した。
• 既存のサンプル（星爆銀河を含む）と比較し、閾値の妥当性を検証し、一般性を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 非星爆、縁面スパイラル銀河のうち、検出可能な非銀河的拡散イオン化ガス（eDIG）ハローを有する割合はどの程度か？
• RQ2 eDIGがハローで検出可能でない最小の星形成率面密度（単位面積あたりのSFR）は存在するか？
• RQ3 SFR面密度（L_FIR/D²_25）とFIRフラックス比S_60/S_100との間に相関関係は認められるか？その相関は、eDIGを有する銀河とない銀河でどのように異なるか？
• RQ4 低SFR銀河におけるほこりの温度上昇が、名目上の閾値未満でもeDIGの検出を可能にするか？
• RQ5 星形成活動によるディスク-ハロー接続は、さまざまなハッブル型およびFIRランプシティを有する銀河で一貫しているか？

主な発見

• 垂直距離|z| ≈ 1–2 kpcの範囲で、74個の縁面スパイラル銀河のうち30個で非銀河的拡散イオン化ガス（eDIG）が検出された。
• 少数の事例では、eDIGの糸状構造が|z| ≤ 6 kpcまで延びており、ハローへのエネルギーおよび質量輸送が顕著であることが示された。
• eDIGが検出されない閾値として、(3.2±0.5)×10⁴⁰ erg s⁻¹ kpc⁻² の星形成率面密度が導出された。
• この閾値未満のSFR面密度でeDIGが検出されたのは、ほこりの温度が顕著に上昇している場合に限った。
• FIRフラックス比S_60/S_100とSFR面密度（L_FIR/D²_25）との間に強い相関が確認され、星爆銀河、通常銀河、静穏銀河のすべてに適用可能であった。
• 結果は、eDIGハローが銀河ディスクにおける星形成活動の直接的結果であるという仮説を支持しており、超新星および星風によるエネルギーと運動量がイオン化ガスの噴出を駆動していると考えられる。