[論文レビュー] Detection of spatial variations in the (D/H) ratio in the local interstellar medium

A. Vidal‐Madjar, Martin Lemoine+7 more|arXiv (Cornell University)|Jul 1, 1998

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 1被引用数 8

ひとこと要約

本研究では、白色矮星G191-B2Bの高分解能ハッブル宇宙望遠鏡/GHRS分光計測を用いて、局所星間媒体における重水素対水素（D/H）比を測定した。空間的変動が検出され、3つの吸収雲を平均したD/H比は1.12 × 10⁻⁵であったが、これはキャペラ方向に測定された1.56 × 10⁻⁵よりも顕著に低く、局所星間環境全体でD/H比が少なくとも30%変動していることを示している。

ABSTRACT

We present high spectral resolution HST-GHRS observations of the white dwarf G191-B2B, and derive the interstellar D/H ratio on the line of sight. We have observed and analysed simultaneously the interstellar lines of HI, DI, NI, OI, SiII, and SiIII. We detect three absorbing clouds, and we measure an average (D/H) ratio: N(DI)_Total / N(HI)_Total = 1.12 +/- 0.08 x 10**-5, in disagreement with the value of the D/H ratio as measured toward Capella by Linsky et al. (1993, 1995). We re-analyze the GHRS data of the Capella line of sight, and confirm their estimate, as we find: (D/H)_Capella = 1.56 +/- 0.1 x 10**-5, in the Local Interstellar Cloud in which the Sun is embedded. This shows that the D/H ratio varies by at least 30% within the local interstellar medium (not to be confused with the Local Interstellar Cloud). Furthermore, the Local Interstellar Cloud is also detected toward our target G191-B2B, and we show that the D/H ratio in this component, toward G191-B2B, can be made compatible with that derived toward Capella. However, this comes at the expense of a much smaller value for the D/H ratio as averaged over the other two components, of order 0.9 x 10**-5, and in such a way that the D/H ratio, as averaged over all three components, remains at the above value, i.e. 1.12 x 10**-5. We thus conclude that, either the D/H ratio varies from cloud to cloud, and/or the D/H ratio varies within the Local Interstellar Cloud in which the Sun is embedded, although we note that our observations neither prove nor disprove this latter possibility.

研究の動機と目的

• 高分解能分光計測を用いて、局所星間媒体における重水素対水素（D/H）比を測定すること。
• D/H比が異なる星間雲の間で空間的に変動するかどうかを調査すること。
• G191-B2Bに向けて測定されたD/H比を、以前に報告されたキャペラに向けての測定値と比較し、一貫性と変動の有無を評価すること。
• 変動が雲ごとの違いに起因するのか、それとも局所星間雲内での内部不均一性に起因するのかを特定すること。
• 既存のGHRSデータを再分析して、以前のD/H推定値を確認し、相互比較を可能にすること。

提案手法

• 白色矮星G191-B2Bの高スペクトル分解能観測は、ハッブル宇宙望遠鏡搭載のゴッドハート高分解能分光計（GHRS）を用いて実施された。
• HI、DI、NI、OI、SiII、SiIIIの星間吸収線を同時に分析し、その幅を測定した。
• G191-B2Bへの線方向に3つの明確に分離可能な星間吸収雲が存在することを同定した。
• 各雲について、DIおよびHIの密度を測定し、各成分のD/H比をN(DI)/N(HI)として計算した。
• 3つの成分のD/H比を重み付き平均することで、線方向全体の総合的D/H比を算出した。
• 得られた結果を、既に報告済みのキャペラ方向におけるD/H比1.56 × 10⁻⁵と比較し、既存のGHRSデータを再分析した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 局所星間媒体内において、重水素対水素（D/H）比は空間的に変動するか？
• RQ2 G191-B2Bに向けて測定されたD/H比は、キャペラに向けて測定されたものとどのように異なるか？
• RQ3 局所星間雲内での変動を仮定することで、観測されたD/Hの差異を説明できるか？
• RQ4 G191-B2Bの線方向に検出された3つの星間雲それぞれのD/H比は何か？
• RQ5 他の成分を考慮した場合、局所星間雲のD/H比はキャペラに向けて測定された値と整合的か？

主な発見

• G191-B2Bの線方向におけるD/H比の平均値は1.12 × 10⁻⁵であり、1σの不確かさは±0.08 × 10⁻⁵であった。
• キャペラ方向におけるD/H比は1.56 × 10⁻⁵であり、1σの不確かさは±0.1 × 10⁻⁵であった。これは以前の推定値を確認するものであった。
• 両者の測定値の差異は、局所星間媒体全体でD/H比が少なくとも30%変動していることを示しており、空間的変動が存在することを示している。
• G191-B2Bの局所星間雲成分のD/H比がキャペラの値と一致するのは、他の2つの雲が約0.9 × 10⁻⁵という顕著に低いD/H比を持つ場合に限られる。
• 3つの成分の全体平均D/H比は1.12 × 10⁻⁵のまま維持されており、測定誤差によるものではなく、本質的な不均一性に起因していることが示された。
• データは、雲ごとの差異か、局所星間雲内に勾配があるかの両方の可能性を支持するため、局所星間雲内の内部不均一性を確認または否定することはできなかった。