[論文レビュー] Infrared Emission from the Radio Supernebula in NGC 5253: A Proto-Globular Cluster?

Varoujan Gorjian, Jean L. Turner+1 more|CERN Bulletin|Mar 7, 2001

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena被引用数 101

ひとこと要約

この論文は、11.7 μmおよび18.7 μmでの極めて強い中赤外発光に基づき、NGC 5253の電波スーパ Nebula が10⁵–10⁶個のO型星からなる高密度で若い星団によって駆動されている原始球状星団であると提案している。中赤外発光と電波発光の比率は、超新星を除外し、熱的HII領域であることを確認しており、これは非常に質量が大きく、コンパクトで、非常に若い星団（≤10⁵年）であることを示しており、観測された最も若い球状星団である可能性がある。

ABSTRACT

Hidden from optical view in the starburst region of the dwarf galaxy NGC 5253 lies an intense radio source with an unusual spectrum which could be interpreted variously as nebular gas ionized by a young stellar cluster or nonthermal emission from a radio supernova or an AGN. We have obtained 11.7 and 18.7 micron images of this region at the Keck Telescope and find that it is an extremely strong mid-infrared emitter. The infrared to radio flux ratio rules out a supernova and is consistent with an HII region excited by a dense cluster of young stars. This "super nebula" provides at least 15% of the total bolometric luminosity of the galaxy. Its excitation requires 10^5-10^6 stars, giving it the total mass and size (1-2 pc diameter) of a globular cluster. However, its high obscuration, small size, and high gas density all argue that it is very young, no more than a few hundred thousand years old. This may be the youngest globular cluster yet observed.

研究の動機と目的

• 電波スーパ Nebula が異常に平坦または上昇するスペクトルを示し、光学的対応物が欠落していることから、NGC 5253におけるその性質を特定すること。
• 中赤外スペクトルエネルギー分布（SED）を用いて、電波発光の非熱的（例：超新星、AGN）または熱的（HII領域）な起源の曖昧さを解消すること。
• 質量、サイズ、高い遮蔽性を考慮すると、その源が形成の初期段階にある原始球状星団である可能性を評価すること。
• ガス密度、星の密度、および潜在的な閉じ込め機構を含む、ネビュラの力学的および物理的状態を評価すること。

提案手法

• Keck I望遠鏡の長波長スペクトスコープを用いて、11.7 μmおよび18.7 μmでの高解像度中赤外画像を取得した。
• 標準星（β Gem、α Boo）を用いたフラックスキャリブレーションにより、10%の不確実性を伴い、光度測定の正確性を確保した。
• 長期間の変動性と源の安定性を評価するため、アーカイブのIRAS、ISO、地上観測の10.8 μmデータと中赤外フラックスを比較した。
• 中赤外発光と電波発光の比率を用いて、熱的（HII領域）と非熱的（SNR、AGN）な発光機構を区別した。
• 音速膨張（10 km s⁻¹）に基づく動力学的時​​間スケールを用い、ネビュラの上限年齢を約10⁵年と推定した。
• 分子ガスが検出されないことを踏まえ、磁場圧力と重力的束縛がネビュラの閉じ込めに寄与する可能性を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 NGC 5253の電波スーパ Nebula は、熱的HII領域、超新星残骸、それともAGNであるか？
• RQ2 11.7 μmおよび18.7 μmで検出された強力な中赤外発光の本質的性質は何か？
• RQ3 中赤外発光と電波発光の比率は、電波超新星のような非熱的起源を除外できるか？
• RQ4 ネビュラの励起状態と膨張時間スケールを踏まえると、イオン化源の星団の性質と年齢はどのように推定できるか？
• RQ5 その源は、形成の初期段階にある原始球状星団として一貫しているか？

主な発見

• 源は11.7 μmで2.2 Jy、18.7 μmで2.9 Jyの強力な中赤外発光を示しており、極めて明るい中赤外源であることが確認された。
• 中赤外発光と電波発光の比率は、電波超新星を除外している。超新星は中赤外発光が強くなく、1972年以降に発光が安定しているためである。
• スペクトルエネルギー分布に基づき、10⁵–10⁶個のO型星からなる高密度星団によって駆動される熱的HII領域であると一致している。
• ネビュラの直径は1.5 pc、ガス密度は約4×10⁴ cm⁻³であり、コンパクトで高圧力のHII領域と一致している。
• 膨張の動力学的時間スケールは約10⁵年であり、源が非常に若く、上限年齢が≤10⁵年であることを示している。
• 200 pc圏内でのCO発光が検出されないことは、分子ガスによる閉じ込めがないことを示唆するが、約50–57 μGの磁場が圧力バランスに寄与している可能性がある。