[論文レビュー] DI in the outer Galaxy

Jayaram N. Chengalur, Róbert Braun+1 more|arXiv (Cornell University)|Jan 13, 1997

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena被引用数 5

ひとこと要約

本研究では、天の川の反銀河中心に向けて、ウェスターブルク合成電波望遠鏡を用いて327 MHzの重水素水素（DI）ハイパーファイン遷移を検出するためのディープ電波サーベイを実施した。低有意性（4σ）の検出は、先行報告と整合的であるが、導かれた重水素対水素比（N_D/N_H = 3.9±1.0×10⁻⁵）は、初期宇宙および高赤方偏移のライマン限界系の元素組成と一致しており、外銀河の低星形成領域における重水素の沈殿が最小限であることを示唆している。

ABSTRACT

We report on a deep search with the Westerbork Synthesis Radio Telescope towards the galactic anticenter for the 327 MHz hyperfine transition of DI. This is a favorable direction for a search because: (i) the HI optical depth is high due to velocity crowding; (ii) the observed molecular column density is low (implying that most of the deuterium would probably be in atomic form, rather than in HD); and (iii) the stellar reprocessing should be minimal. Our observations are about a factor of two more sensitive than previous searches for DI in this direction. We detect a low significance (about 4 sigma) feature, consistent in both amplitude and center frequency with an emission feature reported previously (Blitz & Heiles 1987). If this is the DI line, then the implied N_D/N_H of 3.9+/-1.0 x 10^-5 is comparable to the inferred pre-solar deuterium abundance. Our observation is consistent with the recent low measurements of D/H towards high-redshift Lyman-limit systems. On the other hand, if the reports of high DI abundance (about 24 x 10^-5) in such systems are confirmed, then our observations imply that even in regions of reduced star formation within the outer Galaxy, the DI abundance has been reduced by a factor of about 6 from the primordial abundance.

研究の動機と目的

• 高感度の電波観測を用いて、外銀河における327 MHzの重水素（DI）ハイパーファイン遷移の検出を目的とする。
• 低星形成で星間物質の再処理が最小限の領域における重水素対水素の質量比（N_D/N_H）を評価することを目的とする。
• 外銀河における重水素の元素組成が、初期宇宙の値または高赤方偏移の値と一致するかどうかを検証することを目的とする。
• 天の川の反銀河中心方向におけるDI検出の感度限界を、以前の研究を上回るように向上させることを目的とする。

提案手法

• 327 MHzで、天の川の反銀河中心に向けてウェスターブルク合成電波望遠鏡を用いてディープ観測を実施した。
• 327 MHzにおける重水素（DI）のハイパーファイン遷移を標的とし、HIの光学的厚さが大きく、分子密度が低いという利点があるため、好適な周波数である。
• 星間物質の再処理が最小限で、ドップラー速度の混在が少ない視線方向を選定し、DIの検出性を向上させた。
• この方向における既存の検出感度よりも約2倍の感度を達成した。
• 期待される周波数とドップラー速度でのDI線に一致する線幅の発光特徴をデータから探索した。
• 観測信号を、特に1987年のブリッツ＆ヒーレス報告と比較し、一貫性を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 現在の電波望遠鏡を用いて、外銀河における327 MHzの重水素ハイパーファイン遷移は検出可能か？
• RQ2 外銀河の低星形成領域における重水素対水素の質量比（N_D/N_H）はどの程度か？
• RQ3 測定されたD/H比は、初期宇宙の値や高赤方偏移のライマン限界系から推定される値とどのように比較されるか？
• RQ4 星間物質の処理によって、外銀河における重水素はどの程度沈殿しているか？

主な発見

• 期待される周波数およびドップラー速度の位置に、低有意性（約4σ）の発光特徴が検出された。
• 検出された特徴の振幅と中心周波数は、ブリッツ＆ヒーレス（1987年）が報告した信号と整合的である。
• もしDIとして確認された場合、導かれたN_D/N_H比は3.9±1.0×10⁻⁵であり、予想される太陽系形成前の重水素の元素組成と一致する。
• この結果は、最近の高赤方偏移のライマン限界系におけるD/Hの低値測定とも整合的である。
• もし高赤方偏移系における高いD/H比（約24×10⁻⁵）が確認された場合、外銀河での測定結果は、初期宇宙の水準からD/Hが約6倍減少したことを示唆する。
• 観測結果は、星形成が抑制された領域であっても、重水素の質量が顕著に減少していることを示唆しているが、内銀河におけるそれほど深刻な減少とは異なり、比較的軽微な減少である。