[論文レビュー] Dissecting the Core of the Tarantula Nebula with MUSE

P. A. Crowther, N. Castro+4 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2017

Astronomy and Astrophysical Research被引用数 3

ひとこと要約

本研究では、VLTにおけるMUSEの積分場分光法を用いて、タランチュラネビュラ（NGC 2070）の中心部における質量の大きな星とネビュラ状態の最初の完全な分光的アンケートを提示する。空間的に分解された分光法と統合光分光法を組み合わせることで、高赤方偏移の星形成バースト銀河に類似した星形成表面密度とネビュラの励起状態が明らかになった。直接測定された酸素含有量は12 + log(O/H) = 8.25であり、0.4 Z⊙の金属量と整合する分解能のあるWolf-Rayet星の集団が得られた。これは、金属量を低く見積もる強線金属量診断法（0.3 dexの過小評価）に挑戦する結果である。

ABSTRACT

We provide an overview of Science Verification MUSE observations of NGC 2070, the central region of the Tarantula Nebula in the Large Magellanic Cloud. Integral-field spectroscopy of the central 2' x 2' region provides the first complete spectroscopic census of its massive star content, nebular conditions and kinematics. The star-formation surface density of NGC 2070 is reminiscent of the intense star-forming knots of high-redshift galaxies, with nebular conditions similar to low-redshift Green Pea galaxies, some of which are Lyman continuum leakers. Uniquely, MUSE permits the star-formation history of NGC 2070 to be studied from both spatially-resolved and integrated-light spectroscopy.

研究の動機と目的

• タランチュラネビュラ（NGC 2070）の中心部における質量の大きな星とネビュラ状態の最初の完全な分光的アンケートを実施すること。
• NGC 2070の星形成特性を高赤方偏移の星形成銀河と比較すること。
• 空間的に分解された分光法を用いて、低金属量環境における強線金属量診断法の信頼性を評価すること。
• 個々の質量の大きな星と集団（R136、R140）が統合ネビュラおよび星の放射に果たす寄与を特定すること。

提案手法

• 2′ × 2′の視野をカバーし、4600–9350 Åの波長域で0.2″の空間分解能を持つ、R ~ 3000のMUSE積分場分光法を用いる。
• 4つの重複する点向を組み合わせて、R136とR140を含む中心部のモザイク画像を作成し、0.7–1.1″のFWHMの画像品質を得る。
• Selmanら（1999）のVバンド画像測光法を用いて絶対フラックス校正を行い、チリの赤み補正にための減光則を適用する。
• 電子密度と温度を導出するために、[S ii]、[S iii]、[O iii]線を用いた空間的に分解された診断法を実施する。
• 非局所熱平衡大気コードFASTWINDを用いて、270個の質量の大きな星スペクトルのHe iおよびHe ii線にフィットし、温度と光度を決定する。
• 統合光スペクトルを宇宙背景の星形成領域と比較し、強線校正（例：N2、O3N2）を適用して金属量バイアスを評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 NGC 2070における質量の大きな星（O型、WR型、超巨星型）の完全な分光的アンケートは何か？
• RQ2 NGC 2070のネビュラ状態（密度、温度、イオン化度）は、高赤方偏移の星形成バースト銀河およびグリーンピーチ銀河とどのように比較できるか？
• RQ3 強線金属量診断法（例：N2、O3N2）は、NGC 2070のような低金属量H II領域で、真の金属量をどの程度系として低く見積もるか？
• RQ4 R136とR140が統合He ii λ4686およびC iv λ5801線放出に果たす相対的寄与は何か？
• RQ5 NGC 2070の分解能のある星形成歴は、統合光分光法から推定されるものとどのように比較できるか？

主な発見

• NGC 2070の直接測定された酸素含有量は12 + log(O/H) = 8.25であり、N+とS2+の温度から導出され、金属量は約0.4 Z⊙に相当する。
• 強線診断法（N2、O3N2）は金属量を著しく低く見積もっており、log(O/H)+12 = 8.0（SMCに類似）となり、真の値より0.3 dex低くなる。
• 分解能のあるWolf-Rayet星集団には10個のWN星、6個のOf/WN星、2個のWC星が含まれており、N(WR)/N(O)比が約0.08であることが確認され、0.4 Z⊙の金属量と整合的である。
• 統合He ii λ4686線放出は、R136が最も質量の大きなWN5h星を有するが、古典的WN星の強力な風放出のため、R140が1/3を占める。
• NGC 2070の星形成表面密度は約10 M⊙ yr⁻¹ kpc⁻²であり、高赤方偏移の星形成バーストクラスターおよびグリーンピーチ銀河と一致する。
• Hαから導出されたイオン化光子生成率は10⁵¹ s⁻¹であり、約100個のO7 V星、または4.5 Myrのバーストで約300個のO星に相当し、MUSEで同定されたHe ii λ5412吸収を示す星の数と整合的である。