[論文レビュー] Ionization of the diffuse gas in galaxies: Hot low-mass evolved stars at work

Flores-Fajardo, Nahiely, Morisset, Christophe+2 more|arXiv (Cornell University)|Apr 4, 2011

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena被引用数 102

ひとこと要約

本論文は、NGC 891における銀河平面外の拡散イオン化ガス（eDIG）の主要なイオン化源が、高温低質量進化星（HOLMES）であると提案する。観測された[O iii]/Hβ、[O ii]/Hβ、[N ii]/Hαの銀河平面からの高さに伴う増加を説明する。HOLMESと大質量OB星を組み合わせた高分解能の光電離モデルグリッドを用いた分析から、電子密度は高さとともに減少し、太陽金属量下での高z領域ではHOLMESが支配的であり、N/O比は高さとともに増加する。これはHOLMESの前身星による物質の蓄積的増加を示唆する。

ABSTRACT

We revisit the question of the ionization of the diffuse medium in late type galaxies, by studying NGC 891, the prototype of edge-on spiral galaxies. The most important challenge for the models considered so far was the observed increase of [OIII]/Hbeta, [OII]/Hbeta, and [NII]/Halpha with increasing distance to the galactic plane. We propose a scenario based on the expected population of massive OB stars and hot low-mass evolved stars (HOLMES) in this galaxy to explain this observational fact. In the framework of this scenario we construct a finely meshed grid of photoionization models. For each value of the galactic latitude z we look for the models which simultaneously fit the observed values of the [OIII]/Hbeta, [OII]/Hbeta, and [NII]/Halpha ratios. For each value of z we find a range of solutions which depends on the value of the oxygen abundance. The models which fit the observations indicate a systematic decrease of the electron density with increasing z. They become dominated by the HOLMES with increasing z only when restricting to solar oxygen abundance models, which argues that the metallicity above the galactic plane should be close to solar. They also indicate that N/O increases with increasing z.

研究の動機と目的

• 遅発銀河における銀河平面からの距離に伴い[O iii]/Hβ や[N ii]/Hαといった線幅比が増加するという長年の謎を解明すること。
• これまで軽視されてきた高温低質量進化星（HOLMES）が、銀河平面外の拡散イオン化ガス（eDIG）のイオン化を説明できるかどうかを検証すること。
• NGC 891において、大質量OB星とHOLMESの両方をイオン化源として用いた一貫性のある光電離モデルを構築すること。
• 電子密度、金属量、N/O比が銀河平面からの高さzの関数としてどのように変化するかを特定すること。
• HOLMESが、衝撃波や宇宙線などの非星間メカニズムを必要とせずに、観測された線幅比を説明できるかどうかを評価すること。

提案手法

• NGC 891の既知の星族モデルに基づき、大質量OB星とHOLMESの放射場を組み合わせた、細かくメッシュされた光電離モデルグリッドを構築した。
• 各銀河平面からの高さzに対して、観測された[O iii]/Hβ、[O ii]/Hβ、[N ii]/Hα比を同時に再現できるモデルを選択した。
• 化学的デゲネラシーを調査するため、酸素含有量（O/H）と窒素酸素比（N/O）を自由パラメータとして扱った。
• 観測されたHβ線を用いて赤方偏移と星の吸収を補正し、正確なフラックス比の測定を可能にした。
• 銀河平面に垂直なスリットに沿った、Otteら（2001年）による深紫外スペクトロスコピー観測データとモデル出力を比較した。
• 付録で感度解析を実施し、微小なダスト粒子や[Ne iii]/[Ne ii]線比の影響を評価した。その結果、主たる結論の妥当性が確認された。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 NGC 891における銀河平面からの高さに伴う[O iii]/Hβ、[O ii]/Hβ、[N ii]/Hαの増加は、大質量OB星とHOLMESを組み合わせたイオン化源によって説明可能か？
• RQ2 銀河平面からの距離が増加するに従い、HOLMESがイオン化放射場に果たす相対的寄与はどの程度か？
• RQ3 観測された線幅比の変化は、電子密度、金属量、またはN/O比の高さに伴う変化を示唆するか？
• RQ4 eDIGの金属量は、高z領域でHOLMESが支配的であるという仮定に基づき、太陽値と整合的か？
• RQ5 HOLMESのみでeDIGのイオン化を説明できるのか、衝撃波や宇宙線、その他の非星間メカニズムを必要としないか？

主な発見

• すべての銀河平面からの高さzにおいて解が存在し、モデルが全領域の平面外領域における観測された線幅比を再現可能であることを示した。
• 電子密度はzが増加するにつれて系統的に減少しており、より硬い放射場によるイオン化と整合的である。
• 太陽酸素含有量を仮定した場合、高z領域ではHOLMESが支配的イオン化源となる。これはeDIGの金属量が太陽値に近いことを示唆する。
• N/O比はzとともに増加しており、時間経過とともにHOLMESの前身星による物質の蓄積的増加が進行していることを示している。
• 追加のイオン化メカニズム（例：衝撃波、宇宙線）を必要とせず、観測された[O iii]/Hβ、[O ii]/Hβ、[N ii]/Hα比をうまく再現できた。
• [Ne iii]/[Ne ii]比の乖離は、高エネルギー領域における星のスペクトルエネルギー分布の不確実性に起因するものであり、HOLMESに基づくシナリオ自体の欠陥ではない。