[論文レビュー] HeI in the central Giant HII Region of NGC 5253. A 2D observational approach to collisional and radiative transfer effects

A. Monreal‐Ibero, J. R. Walsh+2 more|DIGITAL.CSIC (Spanish National Research Council (CSIC))|Mar 19, 2013

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 43被引用数 7

ひとこと要約

本研究は、NGC 5253の中心巨大H II領域におけるHe i線の衝突効果および放射線輸送効果の最初の2次元マッピングを、積分場分光法を用いて行なった。衝突効果は三重項遷移に対しては無視できないが、単重項遷移に対しては無視できる。三重項He i λ7065線では、最大で20%のフラックス寄与が認められる。一方、放射線輸送効果は、スーパースタークラスタの周囲30 pc径の領域で顕著であり、平均He⁺質量関数は10³y⁺ = 80.3 ± 2.7で、顕著な濃度勾配は検出されなかった。

ABSTRACT

ABRIDGED: NGC5253 is an ideal laboratory for detailed studies of starburst galaxies. We present for the first time in a starburst galaxy a 2D study of the spatial behavior of collisional and radiative transfer effects in He^+. The HeI lines are analysed based on data obtained with FLAMES and GMOS. Collisional effects are negligible for transitions in the singlet cascade while relatively important for those in the triplet cascade. In particular, they can contribute up to 20% of the flux in the HeIl7065 line. Radiative transfer effects are important over an extended and circular area of 30pc in diameter centered at the Super Star Clusters. HeI abundance, y^+, has been mapped using extinction corrected fluxes of six HeI lines, realistic assumptions for T_e, n_e, and the stellar absorption equivalent width as well as the most recent emissivities. We found a mean of 10^3 y^+ ~80.3 over the mapped area. The relation between the excitation and the total helium abundance, y_tot, is consistent with no abundance gradient. Uncertainties in the derivation of He abundances are dominated by the adopted assumptions. We illustrated the difficulty of detecting a putative He enrichment due to the presence of Wolf-Rayet stars in the main GHIIR. Data are marginally consistent with an excess in the N/He ratio in the N enriched area of the order of both, the atmospheric N/He ratios in WR stars and the uncertainties estimated for the N/He ratios.

研究の動機と目的

• 星爆発銀河の電離ガスにおけるHe⁺質量関数の決定に、衝突効果および放射線輸送効果がどのように影響するかを調査すること。
• NGC 5253の中心巨大H II領域にわたる、これらの効果の空間的分布をマッピングすること。
• 特に噴流を含む運動学的構成が、銀河間H II領域における放射線輸送に与える影響を評価すること。
• 高い初期ヘリウム濃度が存在する中で、Wolf-Rayet星によるヘリウム増強が検出可能かどうかを評価すること。

提案手法

• FLAMES/VLTおよびGMOS/Geminiの光学的積分場分光法（IFS）データを用い、空間分解能のあるHe i線フラックスを取得した。
• 更新された励起断面積と現実的な電子温度（Te）、電子密度（ne）、星間吸収の仮定に基づき、消光補正済みの6本のHe i線フラックスを適用した。
• He i λ3889における光学的厚さをマッピングし、スーパースタークラスタの中心を囲む30 pc径の領域で、吸収率が上昇していることを特定した。
• Heの全ヘリウム質量関数マップを導出するために、3種類のイオン化補正係数（ICF）を用いた。
• 放射線輸送効果に与える運動学的成分（狭帯域および広帯域：噴流）の影響を、経験的に評価した。
• 可視化にはjmaplot、データソースにはNEDを用い、励起断面積データはPorter（2010）に従い、補正を施した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 NGC 5253の中心H II領域におけるHe i線の観測フラックスに、衝突効果がどのように影響するか。また、異なる遷移状態でその影響はどのように変化するか。
• RQ2 放射線輸送効果が、導出されるHe⁺質量関数にどの程度の影響を及ぼすか。また、その効果が最も顕著に現れる領域はどこか。
• RQ3 Wolf-Rayet星の存在が、N/He比に検出可能な過剰を引き起こすか。また、観測誤差と比較してその大きさはどの程度か。
• RQ4 特に広帯域の運動学的成分（噴流）が、He i線における放射線輸送効果にどのように影響を与えるか。
• RQ5 窒素の増強度と、He i線フラックスに寄与する放射線輸送効果の程度との間に物理的関連性があるか。

主な発見

• 衝突効果は、主に三重項遷移のキャスケード過程に起因し、He i λ7065線では最大で20%のフラックス寄与が認められるが、単重項遷移では無視できる（0.1–0.6%）。
• He i λ3889における光学的厚さは、スーパースタークラスタの中心を囲む30 pc径の領域で顕著に上昇しており、その領域で強い放射線輸送効果が発生していることが示唆される。
• マッピング領域全体における平均的一重イオン化ヘリウム質量関数は10³y⁺ = 80.3 ± 2.7であり、顕著な濃度勾配は検出されなかった。
• ヘリウム質量関数の導出における不確実性は、主に仮定（例：Te、ICF）に起因しており、ICF手法間の差が統計誤差を上回っている。
• データは、窒素が増強された領域でN/He比の過剰がわずかに一致するが、推定誤差の範囲内にあり、WR星に起因するヘリウム増強の検出は困難である。
• 広帯域の運動学的成分（噴流）は、狭帯域成分よりも放射線輸送効果により著しく影響を受けるが、標準仮定下では全体の光学的厚さ推定値は安定している。