[論文レビュー] Deuterium toward the WD0621-376 sight line: Results from the Far Ultraviolet Spectroscopic Explorer (FUSE) Mission

Nicolas Lehner, C. Gry+6 more|CERN Bulletin|Nov 16, 2001

Atmospheric Ozone and Climate被引用数 24

ひとこと要約

本研究では、白色矮星 WD 0621−376 方向における最初の FUSE による重水素吸収の検出を報告し、D/O比を (3.9 ± 1.3/1.0) × 10⁻² と測定し、D/H比を約 1.3 × 10⁻⁵ と導出した。これらの結果は、他の局所星間媒体（LISM）測定と整合的であり、局所星間媒体における均一な D/H 偽りの存在を支持するとともに、窒素およびアルゴンの顕著なイオン化を示唆し、局所星間雲の外側に広がる散乱イオン化放射場の存在を示している。

ABSTRACT

Far Ultraviolet Spectroscopic Explorer observations are presented for WD0621-376, a DA white dwarf star in the local interstellar medium (LISM) at a distance of about 78 pc. The data have a signal-to-noise ratio of about 20-40 per 20 km/s resolution element and cover the wavelength range 905-1187 Å. LISM absorption is detected in the lines of D I, C II, C II*, C III, N I, N II, N III, O I, Ar I, and Fe II. This sight line is partially ionized, with an ionized nitrogen fraction of > 0.23. We determine the ratio $D/O = (3.9 \pm ^{1.3}_{1.0}) imes 10^{-2}$ (2$σ$). Assuming a standard interstellar oxygen abundance, we derive ${ m D/H} \approx 1. 3 imes 10^{-5}$. Using the value of N(H I) derived from EUVE data gives a similar D/H ratio. The D I/N I ratio is $(3.3 \pm ^{1.0}_{0.8}) imes 10^{-1}$ (2$σ$).

研究の動機と目的

• 局所星間媒体（LISM）における重水素濃度を、高分解能遠紫外分光法を用いて測定すること。
• 散乱イオン化放射線の役割を評価するため、LISM における窒素およびアルゴンのイオン化状態を調査すること。
• WD 0621−376 方向における D/O、D/H、および D/N 比を決定し、他の視線方向と比較すること。
• LISM 全体における D/H の一貫性を検証し、イオン化や化学的進化による変動の可能性を評価すること。

提案手法

• FUSE 衛星搭載の FUSE 計器を用いて、905–1187 Å の波長域を 20 km s⁻¹ 解像度ごとに信号対雑音比約 20–40 で高分解能遠紫外分光法を取得した。
• D I、C II、C II*、C III、N I、N II、N III、O I、Ar I、および Fe II の星間吸収線を特定し、プロファイルフィッティング手順を用いて解析した。
• 各イオンの柱密度はスペクトルフィッティングから導出し、N I/N II および Ar I の柱密度比を用いてイオン化補正を施した。
• D/O 比は N(D I)/N(O I) として計算され、柱密度誤差からの誤差伝搬を考慮した。
• 標準的な星間酸素濃度を仮定して D/H 比を導出し、EUVE データからの H I 柱密度を用いて検証した。
• イオン化分率は N I/(N I + N II) および Ar I/(Ar I + Ar II) の比を用いて推定され、窒素の顕著なイオン化（>23%）およびアルゴンの約 65% のイオン化が示された。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 WD 0621−376 視線方向における重水素対酸素比（D/O）は何か？ これは局所星間媒体における D/H 濃度にどのような含意を持つか？
• RQ2 この視線方向における窒素のイオン化度はどの程度か？ これは H I の tracer としての N I の信頼性にどのように影響するか？
• RQ3 LISM における D/H 比は複数の視線方向で一貫しているか？ これは一定の原始的値を支持するか？
• RQ4 散乱イオン化放射線は、LISM における N および Ar の観測されたイオン化状態を維持する役割を果たしているか？
• RQ5 FUSE から得られた D/O および D/H 比は、他のミッションや視線方向と比較してどのように異なるか？

主な発見

• WD 0621−376 方向における D/O 比は、95%信頼区間（2σ）で (3.9 ± 1.3/1.0) × 10⁻² と測定された。
• 導出された D/H 比は約 1.3 × 10⁻⁵ であり、Linsky（1998）が局所星間雲に対して報告した (1.5 ± 0.1) × 10⁻⁵ と整合的である。
• N I/(N I + N II) 比は 0.77 未満であり、窒素の 23% 以上がイオン化されていることを示し、広がる極端紫外線による顕著なイオン化を示唆している。
• Ar I 柱密度から、アルゴンの約 65% がイオン化されていると推定され、局所雲の外側に強いイオン化場が存在することを支持する。
• D I/N I 比は (3.3 ± 1.0/0.8) × 10⁻¹ と測定され、誤差は窒素のイオン化状態を反映している。
• D/H および D/O 比が他の LISM 視線方向と整合的であることは、局所星間媒体における重水素および酸素濃度が比較的均一であることを示唆している。