[論文レビュー] H2 and its relation to CO in the LMC and other magellanic irregulars

F. P. Israel|ArXiv.org|Sep 19, 1997

Astrophysics and Star Formation Studies被引用数 9

ひとこと要約

本稿は、遠赤外線表面輝度およびHIデータからH2の柱密度を導出し、大・小マゼラン雲（LMC/SMC）およびその他のマゼラン不規則銀河におけるH2とCOの関係を調査する。低金属量環境、たとえばSMCではCOの光分解が強い放射場で遮蔽が不十分な散らかっているガスにおいて選択的に起こるため、X（CO-TO-H2換算係数）はLMC（X = 1.3）よりも顕著に高い（SMCではX = 12）ことが判明した。

ABSTRACT

H2 column densities towards CO clouds in the LMC and SMC are estimated from their far-infrared surface brightness and HI column density. N(H2)/I(CO) conversion factors are X(LMC) = 1.3 and X(SMC) = 12 (unit: 10**21 mol cm**-2 (K km/s)**-1). LMC and SMC contain total (warm) H2 masses of 1.0 and 0.75 x 10**8 M(sun) respectively. Similar local H2/HI mass ratios are found in the magellanic irregulars NGC 1569 (X = 16), NGC 55, 4214 and 6822 (X = 3--6) and in NGC 4449 as well as the extragalactic HII regions NGC 604, 595 and 5461 in M 33 and M 101 (X = 1--2). The CO--H2 conversion factor X depends on both the ambient radiation field intensity per nucleon s(FIR)/N(H) and metallicity [O]/[H]. The results are interpreted as the consequence of selective photodissociation of CO subjected to high radiation field energy densities and poor (self)shielding in low-metallicity environments, and especially the preferential destruction of diffuse CO in `interclump' molecular gas. Although locally H2 may be the dominant ISM-component, the average global H2/HI mass ratio is 0.2 and the average H2 gas mass fraction is 0.12. Magellanic irregulars thus have warm molecular gas fractions very similar to those of our Galaxy, whereas other global properties (mass, luminosity, metallicity, CO luminosity) are very different.

研究の動機と目的

• 遠赤外線およびHIデータを用いて、LMCおよびSMCのCO放射領域におけるH2柱密度を特定すること。
• 低金属量のマゼラン不規則銀河におけるCO-TO-H2換算係数（X）を定量化すること。
• 放射場の強度と金属量がCOの安定性およびH2/CO質量比に与える影響を調査すること。
• マゼラン不規則銀河と銀河系のH2/HI質量比およびH2ガス質量分率を比較すること。
• 観測されたXの変動、特に低金属量環境における物理的メカニズムを理解すること。

提案手法

• 遠赤外線表面輝度およびHI柱密度測定値を用いてH2柱密度を推定する。
• 遠赤外線表面輝度とH2柱密度の関係を適用し、COが明るい領域におけるN(H2)を導出する。
• X係数（N(H2)/I(CO)）を用いてCO放射度をH2質量に変換し、各銀河ごとに導出したX値を用いる。
• XのFIR/N(H)（単位核子あたりの遠赤外線放射場）および金属量[O]/[H]への依存性を分析する。
• 複数のマゼラン不規則銀河（LMC, SMC, NGC 1569, NGC 55, 4214, 6822, NGC 4449、およびM33/M101のHII領域）における結果を比較する。
• 観測されたX係数の変動を、低金属量環境における散らかっている遮蔽の不十分な分子ガスにおけるCOの選択的光分解として解釈する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 LMCおよびSMCにおけるCO-TO-H2換算係数（X）は何か？また、銀河系と比較してどう異なるか？
• RQ2 単位核子あたりの環境放射場強度が、低金属量銀河におけるCOの安定性にどのように影響するか？
• RQ3 両者ともマゼラン不規則銀河であるにもかかわらず、なぜSMCのX係数がLMCよりも顕著に高いのか？
• RQ4 金属量がマゼラン不規則銀河における観測されたH2/CO質量比にどの程度影響を及ぼすか？
• RQ5 マゼラン不規則銀河におけるH2/HI質量比およびH2ガス質量分率は、銀河系と比較してどう異なるか？

主な発見

• CO-TO-H2換算係数は、X(LMC) = 1.3 × 10^21 mol cm⁻² (K km s⁻¹)⁻¹、X(SMC) = 12 × 10^21 mol cm⁻² (K km s⁻¹)⁻¹ である。
• LMCおよびSMCに含まれる温暖H2質量の合計は、それぞれ1.0 × 10^8 M☉および0.75 × 10^8 M☉である。
• 低金属量環境、たとえばSMCでは、COが自己遮蔽が不十分な散らかっている「クランプ間」分子ガスにおいて、選択的に破壊される。
• X係数は、単位核子あたりの放射場エネルギー密度が高く、金属量が低いほど増加し、COがそのような条件下で不安定であることを示している。
• 局所的にはH2が支配的であるにもかかわらず、マゼラン不規則銀河の平均的全般的なH2/HI質量比は0.2であり、H2ガス質量分率は0.12である。
• マゼラン不規則銀河は、質量・光度・金属量に顕著な差異があるにもかかわらず、銀河系と同程度のH2ガス分率を示す。