[論文レビュー] HERschel Observations of Edge-on Spirals (HEROES). I: Far-infrared morphology and dust mass determination

J. Verstappen, J. Fritz+12 more|ORCA Online Research @Cardiff (Cardiff University)|May 14, 2013

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 91被引用数 27

ひとこと要約

本研究では、縁面銀河におけるヘーシェル赤外線観測を用いて、ほこりの形態と質量を分析する。3つの銀河で垂直方向に延長された放射が検出され、NGC 4013では投影効果とは独立した真正の垂直構造を示している。また、波長に伴うスケールヘイツの増加は、温度勾配ではなく分解能効果に起因すると示唆される。ほこり質量の不一致と小さなほこりスケールヘイツとの間には一時的な相関関係が見られ、密度の高いディスクでは塊構造が顕著である可能性を示唆する。

ABSTRACT

Context. Edge-on spiral galaxies with prominent dust lanes provide us with an excellent opportunity to study the distribution and properties of the dust within them. The HEROES project was set up to observe a sample of seven large edge-on galaxies across various wavelengths for this investigation. Aims. Within this first paper, we present the Herschel observations and perform a qualitative and quantitative analysis on them, and we derive some global properties of the far infrared and submillimetre emission. Methods. We determine horizontal and vertical profiles from the Herschel observations of the galaxies in the sample and describe the morphology. Modified black-body fits to the global fluxes, measured using aperture photometry, result in dust temperatures and dust masses. The latter values are compared to those that are derived from radiative transfer models taken from the literature. Results. On the whole, our Herschel flux measurements agree well with archival values. We find that the exponential horizontal dust distribution model often used in the literature generally provides a good description of the observed horizontal profiles. Three out of the seven galaxies show signatures of extended vertical emission at 100 and 160 μm at the 5σ level, but in two of these it is probably due to deviations from an exactly edge-on orientation. Only for NGC 4013, a galaxy in which vertically extended dust has already been detected in optical images, we can detect vertically extended dust, and the derived scaleheight agrees with the value estimated through radiative transfer modelling. Our analysis hints at a correlation between the dust scaleheight and its degree of clumpiness, which we infer from the difference between the dust masses as calculated from modelling of optical data and from fitting the spectral energy distribution of Herschel datapoints.

研究の動機と目的

• 高分解能ヘーシェル観測を用いて、縁面銀河における遠赤外線（FIR）ほこりの形態を調査すること。
• FIRフラックスへの修正ブラックボディフィットおよび光学的減光からの放射平衡モデルを用いて、ほこり質量を決定すること。
• 縁面銀河における垂直方向に延長されたFIR放射の原因を調査し、それが真正の3次元ほこり分布を反映しているのか、あるいは完全に縁面でない向きによる投影効果に起因するのかを評価すること。
• 光学的減光から導かれたほこり質量とFIR放射から導かれたほこり質量の不一致と、銀河のほこりスケールヘイツとの間に相関関係があるかどうかを調査すること。
• 長波長域における分解能制限が、波長依存のスケールヘイツの増加を模倣しているかどうかを検証すること。

提案手法

• ヘーシェルPACSおよびSPIRE機器が、7つの縁面銀河を70、100、160 μmの波長で観測した。
• FIRフラックスへの修正ブラックボディフィットを適用して、ほこり質量および温度を導出する。
• 光学画像に基づく放射平衡モデルを用いて、減光からほこり質量を導出し、FIRから導出された質量と比較可能にする。
• FIR画像および放射平衡モデルからの両方の観点から、ほこりスケールヘイツを測定し、一貫性を評価する。
• モデル出力と観測データを比較するための頑健なフィッティングアルゴリズムを用い、FIR放射の欠落を説明するための事後的 compact なほこり成分の組み込みを含む。
• 統計的分析により、サンプル全体を通じてほこり質量の不一致とほこりスケールヘイツとの相関関係をテストする。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 縁面銀河における垂直方向に延長されたFIR放射は、真正の3次元ほこり構造に起因するのか、それとも非完全な縁面向きによる投影効果に起因するのか？
• RQ2 FIR波長が長くなるに従い、ほこりスケールヘイツが増加している現象は、物理的温度勾配の結果なのか、それとも機器の分解能効果の結果なのか？
• RQ3 光学的減光から導かれたほこり質量とFIR放射から導かれたほこり質量との不一致と、銀河のほこりスケールヘイツとの間に相関関係があるか？
• RQ4 放射平衡モデルにおけるFIR放射の欠落は、compact なほこり成分の追加によって説明可能か？また、これは観測されたほこりの形態とどのように関連するか？
• RQ5 質量の不一致から推定されるほこりの塊構造度は、銀河ディスク内のほこりの空間的集中度と相関するか？

主な発見

• 3つの銀河（NGC 4217、NGC 5907、NGC 4013）で、5σの水準で垂直方向に延長されたFIR放射が検出され、NGC 4013では投影効果とは独立した真正の垂直構造を示している。
• 長波長域におけるほこりスケールヘイツの顕著な増加は、物理的温度勾配ではなく、画像分解能の低下に起因するとされる。
• 光学的減光から導かれたほこり質量とFIRフィッティングから導かれたほこり質量との不一致と、小さなほこりスケールヘイツとの間に一時的な相関関係が見られ、密度の高い、薄いディスクでは塊構造が顕著である可能性を示唆する。
• ほこり質量の不一致は、光学的減光マップに完全に捉えきれていないcompact な未解像化ほこり成分の存在を反映している可能性があり、このような成分を事後に組み込む必要があるモデルと整合的である。
• 放射平衡モデリングにより、標準モデルにおけるFIR放射の欠落は、compact なほこり放射成分を追加することで解消可能であることが確認され、高表面密度領域における塊構造を持つISMの解釈を支持する。
• 結果は、より薄いディスクではほこりがより集中し、塊構造を持つのに対し、より厚く広がった系では滑らかな分布が見られるというシナリオと整合的である。