[論文レビュー] ISM Properties in Low-Metallicity Environments II. The Dust Spectral Energy Distribution of NGC 1569

F. Galliano, S. C. Madden+4 more|ArXiv.org|Jun 10, 2003

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 55被引用数 116

ひとこと要約

本研究は、赤外線からミリ波長にわたり多波長の観測データを用いて、低金属量の矮星銀河NGC 1569のダストスペクトルエネルギー分布（SED）をモデル化した。PAHの不足、小粒径ダスト（約3 nm）の支配的状態、および非常に冷たいダスト（5–7 K）に起因する顕著なミリ波長過剰が判明し、これは全ダスト質量の40–70％を占め、ガス対ダスト比が740–1600で高く、ダスト対金属量比が1/4から1/7である。これは、へき進銀河と比較して低金属量環境におけるダスト特性が顕著に異なることを示している。

ABSTRACT

We present new 450 and 850 microns SCUBA data of the dwarf galaxy NGC 1569. We construct the mid-infrared to millimeter SED of NGC 1569, using ISOCAM, ISOPHOT, IRAS, KAO, SCUBA and MAMBO data, and model the SED in order to explore the nature of the dust in low metallicity environments. The detailed modeling is performed in a self-consistent way, synthesizing the global ISRF of the galaxy using an evolutionary synthesis model with further constraints provided by the observed MIR ionic lines and a photoionisation model. Our results show that the dust properties are different in this low metallicity galaxy compared to other more metal rich galaxies. The results indicate a paucity of PAHs probably due to the destructive effects of the ISRF penetrating a clumpy environment and a size-segregation of grains where the emission is dominated by small grains of size ~3 nm, consistent with the idea of shocks having a dramatic effect on the dust properties in NGC 1569. A significant millimetre excess is present in the dust SED which can be explained by the presence of ubiquitous very cold dust (T = 5-7 K). This dust component accounts for 40 to 70 % of the total dust mass in the galaxy (1.6 - 3.4 10^5 Msol) and could be distributed in small clumps (size a few pc) throughout the galaxy. We find a gas-to-dust mass ratio of 740 - 1600, larger than that of the Galaxy and a dust-to-metals ratio of 1/4 to 1/7. We generate an extinction curve for NGC 1569, consistent with the modeled dust size distribution. This extinction curve has relatively steep FUV rise and smaller 2175 Angstroms bump, resembling the observed extinction curve of some regions in the Large Magellanic Cloud.

研究の動機と目的

• 包括的なSEDモデルを用いて、低金属量環境におけるダストの物理的性質を理解すること。
• 星間放射場（ISRF）および塊状のISMがダスト放射および粒子の進化に与える影響を調査すること。
• 1/4太陽金属量を有する近接矮星銀河NGC 1569におけるダスト質量、粒径分布および組成を特定すること。
• 低金属量銀河における銀河系ダストモデルの妥当性を評価し、ダスト特性の乖離を定量化すること。
• NGC 1569のダスト減光曲線を導出し、確率的加熱および冷たいダスト成分がSEDモデリングに与える影響を評価すること。

提案手法

• IRAS、ISO、KAO、SCUBA、MAMBO、ISOPHOTのデータを用いて、12から850 µmの完全なダストSEDを構築した。
• PÉGASE星団合成モデルとCLOUDY光電離コードを組み合わせた自己一貫性のあるモデリング手法を採用し、全銀河的ISRFを導出した。
• DBP90ダストモデルを用いて、粒径分布、組成、発光度の広範なパラメータースペースを探索した。
• 観測されたMIRイオン線（例：[Ne II]、[O III]）の制約を活用し、ISRFおよびダスト特性を精緻化した。
• 低熱容量のため、小粒径（≤3 nm）のダストの確率的加熱をモデル化した。これは、FIR/ミリ波長放射を解釈する上で極めて重要である。
• 2成分ダストモデル（熱平衡状態の温かいダストとT = 5–7 K、β = 1の冷たいダスト）を用いてSEDにフィットし、サブミリ波長過剰を説明した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 低金属量の矮星銀河（NGC 1569を含む）におけるダスト特性は、へき進銀河とどのように異なるか？
• RQ2 非常に冷たいダスト（T ≈ 5–7 K）は、NGC 1569における全ダスト質量およびサブミリ波長放射にどの程度寄与しているか？
• RQ3 SEDに顕著なミリ波長過剰が見られる理由は何か？これは冷たい塊状ダスト成分によって説明可能か？
• RQ4 PAHはNGC 1569のMIR放射にどの程度寄与しているか？また、その顕著な不足はどのような要因によるか？
• RQ5 NGC 1569の塊状で不均一なISMは、ダスト加熱および標準的銀河系ダストモデルの妥当性にどのように影響を与えるか？

主な発見

• NGC 1569のダストSEDは顕著なミリ波長過剰を示し、これは5–7 Kの非常に冷たいダスト（5–7 K）に起因し、全ダスト質量の40–70％を占めると最もよく説明される。
• 全ダスト質量は(1.6–3.4) × 10⁵ M☉と推定され、冷たい成分がサブミリ波長放射を支配しており、サイズが数パーセク程度の小さな塊に分布している可能性が強い。
• PAHはNGC 1569で著しく枯渇しており、塊状媒体内での強いISRFによる破壊的影響が主な要因とされ、粒径は主に小粒径（約3 nm）で、確率的加熱モードで放射している。
• ガス対ダスト質量比は740–1600であり、銀河系の値よりも顕著に高く、ダスト対金属量比は1/4から1/7である。これは、低金属量環境におけるダスト生成または保持の非効率性を示唆している。
• NGC 1569の導出された減光曲線は、FUV領域の急激な上昇と2175 Åのピークの低減を示し、大マゼラン雲の減光則と類似しており、モデル化されたダスト粒径分布と整合的である。
• 冷たいダストの大部分は、外縁銀河ディスクではなく、星形成領域に分布している。これは、低体積率（φ ≈ 3–6 × 10⁻⁶）の塊状ISMを支持しており、高レベルの[C II] 158 µm放射と整合的である。