[論文レビュー] Chemical abundances and temperature structure of H II regions

G. Domínguez-Guzmán, M. Rodríguez+2 more|arXiv (Cornell University)|Jun 5, 2019

Atmospheric Ozone and Climate被引用数 4

ひとこと要約

本研究は、8つの新しい大・小マゼラン雲の観測を含む37個のH II領域の高分解能スペクトルを分析し、化学成分比と温度構造を調査する。温度構造モデルを調整することで（中間温度を用い、[N ii]および[O iii]の電子温度を併用）、S/O、Cl/O、Ar/O比が金属量に依存せずに一定であることが示され、従来の二領域モデルによる乖離が解消された。

ABSTRACT

We use a sample of 37 H II regions with high quality spectra to study the behavior of the relative abundances of several elements as a function of metallicity. The sample includes spectra for eight H II regions of the Magellanic Clouds, obtained with UVES/VLT; the rest are gathered from the literature. We find that if we use the traditional twozone scheme of temperature for the observed ions, the S/O, Cl/O and Ar/O abundance ratios increase with metallicity. However, with slight changes in the temperature structure, which include the use of intermediate temperatures, these ratios are constant with metallicity, as expected. Therefore, high quality observations allow us to deepen our understanding of the temperature structure of H II regions.

研究の動機と目的

• マゼラン雲からの高品質なスペクトルを用いて、H II領域における化学成分の決定精度を向上させること。
• 従来の二領域温度モデルが、理論的期待とは逆に金属量が増加するにつれてS/O、Cl/O、Ar/O比が増加する理由を調査すること。
• 中間温度を組み込み、併合診断を用いた洗練された温度構造モデルが、金属量に依存しない一貫性のある成分比をもたらすかを検証すること。
• 特にネオンやその他の複雑なイオン化構造を示す元素に対して、光電離モデルからのイオン化補正係数（ICF）の使用を検証すること。
• バルマー線およびパassed線比に基づき、個々のH II領域に最も適した減光則を特定し、赤化補正を改善すること。

提案手法

• UVES/VLTを用いて、小マゼラン雲および大マゼラン雲の8個のH II領域に対して、高分解能（λ/Δλ ≈ 11,600）で深さのあるエッケルススペクトルを取得し、大気分散補正を施して空気質量の影響を最小限に抑えた。
• PyNebを用いて、電子密度（[O ii]、[S ii]、[Cl iii]、[Ar iv]を用い）および電子温度（[N ii]、[O iii]を用い）の物理的状態を一貫して分析した。
• 従来の二領域温度スキーム（単一イオン化イオンにT([N ii])、二価イオン化イオンにT([O iii])を適用）を用い、中間温度を用い、重い元素にT([N ii])とT([O iii])の平均値を適用した修正スキームと比較した。
• Delgado-Ingladaら（2014）のICFを用いてイオン成分を計算し、Reyes-Pérezら（2019、準備中）の光電離モデルによる検証も行った。
• バルマー線およびパassed線比から、c(Hβ)の減光係数を算出し、Howarth（1983）およびO’Donnell（1994）の減光則をそれぞれテストし、各源に最も適したモデルを選択した。
• 文献から29個の追加の高品質スペクトルを収集し、金属量の範囲を広げ、広い金属量範囲における成分比の傾向を信頼性高く分析できるようにした。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 なぜ従来の二領域温度モデルでは、金属量が増加するにつれてS/O、Cl/O、Ar/O比が増加するのか？これは理論的期待とは逆である。
• RQ2 中間温度を用い、Cl++にはT([N ii])、S++およびAr++にはT([N ii])とT([O iii])の平均値を適用するような修正された温度構造モデルが、S、Cl、Arの金属量に依存しない成分比をもたらすか？
• RQ3 異なる減光則（Rv = 3.1 と Rv = 5.5）は、H II領域における赤化補正および成分比の決定にどのような影響を及えるか？
• RQ4 ネオンやその他の元素のイオン化補正係数（ICF）は、観測されたNe/O比の散らばりにどの程度寄与しているか？
• RQ5 同じ手法を実データと同様に適用した場合、光電離モデルが観測された成分比の傾向をどの程度正確に再現できるか？

主な発見

• 従来の二領域温度モデルでは、金属量が増加するにつれてS/O、Cl/O、Ar/O比が増加するが、これは理論的期待である一定性とは矛盾する。
• 中間温度を用い、Cl++にはT([N ii])、S++およびAr++にはT([N ii])とT([O iii])の平均値を適用することで、S/O、Cl/O、Ar/O比は金属量に依存せずほぼ一定となる。
• 標準モデルにおける金属量に伴う成分比の増加は、物理的傾向ではなく、誤った温度構造仮定に起因するアーティファクトである。
• Ne/O比の散らばりの主な要因はネオンのICFであることが、光電離モデルの予測でも一貫して確認された。
• O’Donnell（1994）の減光則（Rv = 5.5）は、2つのH II領域（N88AおよびN90）においてHowarth（1983）のもの（Rv = 3.1）よりも適合が良かったことから、ほこりの性質にばらつきがあることが示された。
• 高品質なスペクトル、特にマゼラン雲からのものが必要不可欠であり、これが成分比決定に顕著な影響を与える微細な温度構造効果を検出可能にする。