[論文レビュー] Dust Extinction and Emission in a Clumpy Galactic Disk. An Application of the Radiative Transfer Code TRADING

S. Bianchi|ArXiv.org|Jul 18, 2008

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 70被引用数 70

ひとこと要約

本稿では、密度の高い雲と拡散成分を解像するためのアダプティブグリッドを用いて、不連続な銀河ディスクにおけるダストの消光と放射を自己整合的にモデル化するモンテカルロ放射移動コードTRADINGを提示する。UVからサブミリ波までNGC 891のスペクトルエネルギー分布（SED）を再現し、ダスト放射の60％が古星族の星によって加熱されていることを示し、拡散放射によって加熱される冷たいダスト放射が顕著であることが判明し、従来のモデルがUV加熱寄与を過大評価していたことを挑戦する。

ABSTRACT

AIMS: I present the Monte Carlo radiative transfer code TRADING (Transfer of RAdiation through Dust In Galaxies). The code computes self-consistently the extinction of radiation in a dusty medium (including absorption and scattering) and the dust emission. METHODS: A binary-tree adaptive grid is used for the description of the dust distribution. Dust radiation is computed at thermal equilibrium or under stochastic heating condition, for a distribution of grains of different radii and materials. The code is applied to the case of a clumpy galactic disk, including both diffuse dust and a distribution of spherical clouds modelled on the GMCs of local galaxies. Diffuse and localised sources of starlight are used, with independent spectra. RESULTS: A model is provided for the edge-on galaxy NGC 891. The SED of the galaxy from the UV to the submm/mm range can be well reproduced by: a bulge/disk configuration of old stars together with an extended dust disk, as suggested by the analysis of optical/near-infrared images; a clumpy dust distribution of the same mass as the diffuse dust disk, together with a UV emitting component, half of which in the form of a diffuse disk and half in sources embedded in clouds. In total, it is found that about 35% of the bolometric radiation is absorbed (and emitted) by dust; and that absorption of starlight from the old population contributes to about 60% of the dust emission. A significant component of the dust emission from clouds is due to absorption of diffuse radiation. Radial profiles of dust emission in a clumpy disk are almost independent of the wavelength, with the exception of the wavelength range on the Wien side of the thermal equilibrium peak.

研究の動機と目的

• 不均一な銀河ダスト分布におけるダスト消光と放射を同時にモデル化できる自己整合的放射移動コードの開発を目的とする。
• 特に分子雲様の領域を特徴とする不連続なダスト構造が、スパイラル銀河の全スペクトルエネルギー分布（SED）に与える影響を調査することを目的とする。
• 特に縁面銀河（NGC 891など）において、拡散と埋め込まれた星の源の相対的寄与がダスト加熱に与える影響を特定することを目的とする。
• 標準的なモデルが拡散と凝集したダスト成分を独立に取り扱う場合、ダスト加熱におけるUV放射の寄与を過大評価しているかどうかを評価することを目的とする。
• アダプティブグリッド解像度が、複雑でマルチスケールな銀河環境におけるダスト放射および消光予測の正確性をどのように向上させるかを検討することを目的とする。

提案手法

• TRADINGは、3次元のダスト分布（拡散成分と凝集体成分を含む）を通過する光子の伝播をシミュレートするためのモンテカルロ放射移動法を採用する。
• 高密度領域（例：分子雲）を低密度領域よりも高い空間解像度で解像するため、アダプティブな2進木グリッドが用いられる。
• ドレインとリ（2007）のダストモデルを用い、粒径および組成の分布を考慮した熱平衡状態および確率的加熱状態の両方でダスト放射を計算する。
• 古星と若星の別個のスペクトルを用いて、それぞれの星光（拡散源と局所的源）をシミュレートし、ダストとの相互作用を追跡する。
• 自己吸収と散乱を放射移動に組み込み、エネルギー保存則を満たし、正確なSED構築を実現する。
• コードはUVからサブミリ波帯域にわたる画像を生成し、それらを統合して観測と比較可能な全SEDを生成する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 不連続なダスト構造を含めることで、スパイラル銀河（NGC 891など）の予測SEDにどのような影響が生じるか？
• RQ2 不連続なディスクにおけるダスト放射の何パーセントが、埋め込まれた若星からの直接的UV放射ではなく、拡散宇宙線放射（ISRF）によって加熱されているか？
• RQ3 若星と比較して、古星族の星が縁面銀河におけるダスト加熱に果たす寄与はどの程度か？
• RQ4 定期的グリッドと比較して、アダプティブグリッド解像度がダスト放射および消光モデルの正確性をどのように向上させるか？
• RQ5 なぜ一部のモデルは観測と比較してMIR放射を過大予測し、submm放射を過小予測するのか？

主な発見

• NGC 891のUVからサブミリ波帯域にわたるSEDは、τ_V ≈ 1の拡散ダストディスクと、同程度の質量を持つ不連続ダスト成分を組み合わせたモデルによってよく再現される。
• 全ボリューム放射の約35％がダストに吸収され再放射され、そのうち60％が古星族の星からの放射によって加熱されている。
• 雲からのダスト放射の顕著な一部は、埋め込まれたUV源ではなく、拡散宇宙線放射（ISRF）によって加熱されており、これは従来のモデルでは捉えられなかった冷たいサブミリ波放射を生じる。
• 不連続モデルにおけるダスト放射の半径分布は、MIRからサブミリ波帯域においてほぼ波長依存性がないが、熱的ピークのウィーン領域（20–100 μm）では顕著に異なる。
• 自己整合的な拡散成分と凝集体成分の取り扱いのおかげで、従来のモデルよりもKバンドの消光および850 μmの構造を観測とよく一致させる。
• MIRにおけるモデルと観測の乖離は、未解像のISM複雑性や簡素化されたISRFの仮定に起因する可能性があり、今後のモデルではより詳細なISM構造の組み込みが求められる。