[論文レビュー] Global properties of the HI high velocity sky, a statistical investigation based on the LAB survey

P. M. W. Kalberla, U. Haud|ArXiv.org|Apr 28, 2006

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 48被引用数 33

ひとこと要約

本研究は、全天空21cm線サーベイである高感度LABサーベイを用いて、HI高ドップラー速度雲（HVCs）の全球的性質を再分析し、ガウス分解を適用することで、大多数のHVCコンプレックスに多相構造を明らかにした。既存のWvWカタログのライン幅と吸収量は約40%低く見積もられていたことが判明し、HVC質量と圧力推定値はそれぞれ1.4倍および2倍に上方修正する必要がある。また、Mach数約1.5の乱流的内部運動が存在し、銀河ディスクにおけるそれよりも1桁高いエネルギー密度を示した。

ABSTRACT

We study the properties of all major HVC complexes from a sample compiled 1991 by Wakker & van Woerden (WvW). We use the Leiden/Argentine/Bonn all sky 21-cm line survey and decompose the profiles into Gaussian components. We find a well defined multi-component structure for most of the HVC complexes. The cold HVC phase has lines with typical velocity dispersions of sigma = 3 km/s and exists only within more extended broad line regions, typically with sigma = 12 km/s. The motions of the cores relative to the envelopes are characterized by Mach numbers M = 1.5. The center velocities of the cores within a HVC complex have typical dispersions of 20 km/s. Remarkable is the well defined two-component structure for some prominent HVC complexes in the outskirts of the Milky Way: Complex H, the Magellanic Stream and the Leading Arm. There might be some indications for an interaction between HVCs and disk gas at intermediate velocities. This is possible for complex H, M, C, WB, WD, WE, WC, R, G, GCP, and OA, but not for complex A, MS, ACVHV, EN, WA, and P. Conclusions: The line widths, determined by us, imply that estimates of HVC masses, as far as derived from the WvW database, need to be scaled up by a factor 1.4. Correspondingly, guesses for the external pressure of a confining coronal gas need to be revised upward by a factor of 2. The HVC multi-phase structure implies in general that currently the halo pressure is significantly underestimated. In consequence, the HVC multi-phase structure may indicate that most of the complexes are circum-galactic. HVCs have turbulent energy densities which are an order of magnitude larger than that of comparable clumps in the Galactic disk.

研究の動機と目的

• 高感度レーデン/アルゼンチン/ボン（LAB）全天空21cm線サーベイを用いて、HI高ドップラー速度雲（HVCs）の全球的性質を再評価すること。
• 低解像度データと間接的推定に基づいていたWvW（1991）カタログにおけるライン幅および吸収量の系統的低減を是正すること。
• 主なHVCコンプレックスの多相構造、特に冷たいコアと広がりのあるエンベロープの間の運動的関係を調査すること。
• 修正されたライン幅がHVC質量推定値、外部圧力閉じ込めモデル、および周銀河的起源仮説に与える影響を評価すること。
• HVCとミルキーウェイディスクガスとの間の相互作用の可能性を、運動的および空間的相関に基づいて検討すること。

提案手法

• 全天空、高感度、高ドップラー速度動的範囲をカバーする、LDSおよびIARサーベイを統合したレーデン/アルゼンチン/ボン（LAB）全天空H I 21cm線サーベイを用いた。
• 複数の運動的成分を分離するために、HVC線放出プロファイルのガウス分解を実施し、冷たいコア（σ ≈ 3 km s⁻¹）と広がりのあるエンベロープ（σ ≈ 12 km s⁻¹）を区別した。
• 各成分について、ドップラー速度分散、中心速度、および吸収量を計算し、WvW（1991）カタログとの一貫性と是正を直接比較した。
• Mach数を M = |(v_core - v_envelope)| / σ_envelope として定義し、HVCコンプレックス内での相対的内部運動を定量化した。
• 半径速度関数として、コア内のガス割合（数および吸収量）を評価し、多相構造および運動的挙動の傾向を検出した。
• HVC-ディスク相互作用の可能性を、HVC成分と銀河ディスクの中間ドップラー速度ガスとの間の速度的および空間的相関を分析することで評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 WvW（1991）カタログにおけるHVCのライン幅および吸収量は、より高解像度のLABサーベイと比較してどのように異なるか？
• RQ2 主なHVCコンプレックスの真の多相構造は何か？冷たいコアは広がりのあるエンベロープと運動的にどのように関係しているか？
• RQ3 修正されたライン幅がHVC質量推定値およびそれらを閉じ込めるために必要な外部圧力に与える影響は何か？
• RQ4 HVCとミルキーウェイディスクガスとの間の運動的または空間的相互作用の兆候は存在するか？
• RQ5 HVCの内部乱流運動は、銀河ディスク内の類似クラスターと比較してどう異なるか？これはその起源およびエネルギー予算に何を示唆するか？

主な発見

• WvW（1991）カタログは、HVCのライン幅および吸収量を約40%系統的に低く見積もっており、これにより導出される全球的性質の上方スケーリングが不可避である。
• 大多数のHVCコンプレックスは明確な多相構造を示し、冷たいコア（σ ≈ 3 km s⁻¹）が広がりのあるエンベロープ（σ ≈ 12 km s⁻¹）に埋め込まれており、複雑な内部力学を示している。
• HVCコアのエンベロープ内での相対的運動は、典型的にMach数M ≈ 1.5で特徴づけられ、運動方向に偏りは認められない。
• 1つのHVCコンプレックス内におけるコア中心のドップラー速度分散は通常20 km s⁻¹であり、顕著な内部速度分散を示している。
• HVCは、同程度のクラスターが銀河ディスクに存在する場合と比較して、1桁高い乱流エネルギー密度を有しており、強い内部乱流を示唆している。
• 修正されたライン幅は、HVC質量と外部圧力推定値をそれぞれ1.4倍および2倍に上方修正する必要があることを示しており、特にR ≈ 33–50 kpcの距離における現在のハロー圧力モデルに挑戦するものである。