[論文レビュー] Diffuse interstellar bands in the HII region M17: Insights into their relation with the total-to-selective visual extinction $R_V$

M. C. Ramírez-Tannus, N. L. J. Cox+2 more|UvA-DARE (University of Amsterdam)|Aug 30, 2018

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 66被引用数 5

ひとこと要約

本研究は、HII領域M17における拡散性銀河帯域（DIBs）を調査し、視覚的減光で正規化されたDIB強度（EW/A_V）がR_V^(-1)と線形相関を示すことを発見した。これにより、DIBの強度に比例するR_Vへの感受性を示すグループと、強度に依存しない一定の感受性を示すグループの2つの異なるDIB群が特定された。これらの結果は、DIBキャリアが星間ダストと密接に関連しており、ダスト粒子のサイズ変化に対する反応の違いが、キャリアの性質の多様性を示唆している。

ABSTRACT

Diffuse interstellar bands (DIBs) are broad absorption features measured in sightlines probing the diffuse interstellar medium. Although large carbon-bearing molecules have been proposed as the carriers producing DIBs, their identity remains unknown. The sight line to the young massive star-forming region M17 shows anomalous extinction in the sense that the total-to-selective extinction parameter differs significantly from the average Galactic value and may reach values $R_{V} > 4$. Given the high $R_V$ values, we investigate whether the DIBs in sight lines towards young OB stars in M17 show a peculiar behaviour. We measure the properties of the most prominent DIBs in M17 and study these as a function of $E(B-V)$ and $R_{V}$. The DIB strengths in M17 concur with the observed relations between DIB equivalent width and reddening $E(B-V)$ in Galactic sight lines. For several DIBs we discover a linear relation between the normalised DIB strength EW/$A_{V}$ and $R_{V}^{-1}$. These trends suggest two groups: (i) a group of ten moderately strong DIBs that show a sensitivity to changes in $R_{V}$ that is modest and proportional to DIB strength, and (ii) a group of four very strong DIBs that react sensitively and to a similar degree to changes in $R_{V}$, but in a way that does not appear to depend on DIB strength. The DIB behaviour as a function of reddening is not peculiar in sight lines to M17. Also, we do not detect anomalous DIB profiles as seen in Her 36. DIBs are stronger, per unit visual extinction, in sight lines characterised by a smaller value of $R_{V}$ (large fraction of small dust particles). New relations between extinction normalised DIB strengths, EW/$A_V$, and $R_V$ support the idea that DIB carriers and interstellar dust are connected. Given the distinct behaviour of two groups of DIBs, different types of carriers do not necessarily relate to the dust grains in a similar way.

研究の動機と目的

• M17方向の高R_Vの視線において、典型的な銀河系DIBと比較してDIBが異常な挙動を示すかどうかを調査すること。
• 視覚的減光で正規化されたDIB強度（EW/A_V）と全減光量対選択的減光量比R_Vとの関係を検討すること。
• M17におけるDIB挙動が、DIBキャリアとダスト粒子の性質を関連付ける既存のモデルを支持するか、あるいは挑戦するかを評価すること。
• 高R_V値を示す星形成領域における観察されたDIB-R_V傾向を説明する可能性のある物理的メカニズムを同定すること。

提案手法

• M17の高分解能分光データから、顕著なDIBの等価幅（EW）を測定した。
• 星の固有の視等級とスペクトル型を用いて視覚的減光A_Vと色超過E(B-V)を計算し、高R_V値に対してCardelliの減光法則に依存しないようにした。
• Fitzpatrick & Massa (2007)の関係を用いて、E(V-K)/E(B-V)の比からR_Vを算出し、正確な減光パラメータを導出した。
• 複数の視線にわたるR_V^(-1)関数としての正規化DIB強度（EW/A_V）の傾向を特定するために分析を行った。
• R_Vへの感受性に基づいてDIBをグループ化し、DIB強度に比例する感受性を示すものと、一定の感受性を示すものに区別した。
• 観察されたDIB-R_V応答を説明する3つの物理的状況を提案した：ダスト凝集、UV駆動DIB生成、イオン化効果。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 M17方向の高R_V視線におけるDIBは、通常の銀河系視線におけるDIBと比較して異常な挙動を示すか？
• RQ2 M17および他の高R_V視線において、正規化DIB強度（EW/A_V）とR_V^(-1)との間に測定可能な相関が存在するか？
• RQ3 異なるDIBはR_Vの変化に対して異なる感受性を示すか？ もしそうならば、これによりそれらの物理的キャリアに何が示唆されるか？
• RQ4 観察されたDIB-R_V傾向は、星形成領域におけるダスト粒子の凝集、UV駆動生成、またはイオン化効果によって説明可能か？
• RQ5 M17のDIBは、Herschel 36で観測されたように赤い端の非対称性を示すか？

主な発見

• M17のDIBは異常な挙動を示さない。DIB強度はE(B-V)に従って増加し、標準的な銀河系関係に一致する。
• 正規化DIB強度（EW/A_V）とR_V^(-1)との間で線形相関が確認された。これは、より小さなダスト粒子を含む視線において、単位減光量あたりのDIBが強くなることを示している。
• 中程度に強い10個のDIBは、それ自身の固有強度に比例するR_V感受性を示しており、キャリアの存在度または断面積に関連する共通の物理的メカニズムを示唆している。
• 非常に強い4つのDIB（4430、6284、13176、15268 Å）は、強度に依存しない高い一定のR_V感受性を示しており、別個の物理的起源または環境を示唆している。
• C60+ DIB（9577および9632 Å）は、2.5–4.3×10^13 cm⁻²の核密度で検出され、既知のキャリアと整合的であった。
• M17のDIBには赤い端の非対称性は観測されず、Herschel 36とは異なり、このような特徴は大質量星形成領域に一般的ではない。