[論文レビュー] ISO far infrared observations of the high latitude cloud L1642. II. Correlated variations of far-infrared emissivity and temperature of "classical large" dust particles

K. Lehtinen, M. Juvela+3 more|ArXiv.org|Jan 26, 2007

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 30被引用数 19

ひとこと要約

本研究では、ISOの遠赤外線および可視光吸収率データを用いて、高緯度の暗黒分子雲L1642におけるダスト発光率および温度の変化を分析した。その結果、ダスト温度が19 Kから14 Kに低下するに従い、顕在的な発光率が約2倍に増加することが判明した。放射線輸送モデルの結果、密度の高い領域における温度低下と発光率上昇を説明するには、遠赤外線吸収断面積が2–3倍必要であることが示され、これは単なる放射線遮蔽をはるかに超えたダスト凝集または氷被膜成長を示唆している。

ABSTRACT

Our aim is to compare the infrared properties of big, ``classical'' dust grains with visual extinction in the cloud L1642. In particular, we study the differences of grain emissivity between diffuse and dense regions in the cloud. The far-infrared properties of dust are based on large-scale 100um and 200um maps. Extinction through the cloud has been derived by using the star count method at B- and I-bands, and color excess method at J, H and Ks bands. Radiative transfer calculations have been used to study the effects of increasing absorption cross-section on the far-infrared emission and dust temperature. Dust emissivity, measured by the ratio of far-infrared optical depth to visual extinction, tau(far-IR)/A(V), increases with decreasing dust temperature in L1642. There is about two-fold increase of emissivity over the dust temperature range of 19K-14K. Radiative transfer calculations show that in order to explain the observed decrease of dust temperature towards the centre of L1642 an increase of absorption cross-section of dust at far-IR is necessary.This temperature decrease cannot be explained solely by the attenuation of interstellar radiation field. Increased absorption cross-section manifests itself also as an increased emissivity. We find that, due to temperature effects, the apparent value of optical depth tau(far-IR), derived from 100um and 200um intensities, is always lower than the true optical depth.

研究の動機と目的

• 高緯度の暗黒分子雲L1642の異なる領域における遠赤外線発光率およびダスト温度の変化を調査すること。
• 雲の中心方向におけるダスト温度の低下が、星間放射場の減衰のみで説明可能かどうかを検証すること。
• ダスト粒子の性質の変化（凝集や氷被膜成長など）が、温度と発光率の観測された相関を説明するために必要かどうかを評価すること。
• 100 μmおよび200 μmの強度マップから導かれる光学的厚さ、発光率、温度の顕在的値と真の値を区別すること。
• 観測された温度および発光率の傾向と放射線輸送モデルを整合させるために必要な遠赤外線吸収断面積の増加量を定量化すること。

提案手法

• ISOおよびIRASの広域100 μmおよび200 μmの遠赤外線マップを用いて、顕在的なダスト温度および光学的厚さを導出した。
• 2MASS調査のBおよびIバンドにおける星数法と、J、H、Ksバンドにおける色超過法を用いて視覚的吸収率を測定した。
• 顕在的な発光率は、遠赤外線光学的厚さを視覚的吸収率で割った比τ(far-IR)/AVとして計算し、背景放射の補正を施した。
• 遠赤外線波長におけるダスト吸収断面積の増加が観測された温度および発光率に与える影響を模擬するため、放射線輸送モデルを用いた。
• モデルダスト粒子からの強度マップをシミュレートし、そのシミュレーションから顕在的な光学的厚さおよび発光率を導出し、顕在的パラメータと真の値を比較した。
• モデルシミュレーションから導かれた2.5倍のスケーリング係数を用いて、顕在的発光率を真の発光率に変換し、理論的ダストモデルと比較可能にした。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 L1642の高密度領域Bにおけるダスト温度の低下が、星間放射場の減衰のみで説明できるか？
• RQ2 L1642の異なる領域における顕在的遠赤外線発光率（τ(far-IR)/AV）は、ダスト温度にどのように依存するか？
• RQ3 領域Bにおける観測された温度低下と発光率上昇を同時に説明するには、遠赤外線吸収断面積をどの程度増加させる必要があるか？
• RQ4 温度バイアスが100 μmおよび200 μm強度マップからの導出に与える影響により、顕在的光学的厚さおよび発光率が真の値より系統的に低くなるのはなぜか？
• RQ5 ダスト凝集または氷被膜付加が観測された発光率増加を説明できるか。また、観測された2–3倍の吸収断面積増加と最も整合するメカニズムはどれか？

主な発見

• L1642の領域A、B、Cにおいて、ダスト温度が19 Kから14 Kに低下するに従い、顕在的発光率（τ(far-IR)/AV）は約2倍に増加した。
• 100 μmおよび200 μm強度マップからの導出における温度バイアスのため、顕在的光学的厚さおよび発光率は真の値より系統的に低かった。
• 領域Bにおける観測された10 Kの温度低下と発光率上昇を説明するには、遠赤外線吸収断面積を2–3倍に増加させる必要がある。
• 領域Bの真の発光率（σH,true(200 μm) ≈ 3.0×10⁻²⁵ cm²）は、拡散状態のISMモデルを大きく上回り、2.5倍以上も高い。これは、ダストの顕著な進化を示唆している。
• 観測された発光率上昇は、氷被膜付加のみでは説明できない。氷被膜付加による発光率上昇は最大で2倍にとどまるため、ダスト凝集がより妥当なメカニズムであると考えられる。
• 放射線輸送モデルの結果、観測された遠赤外線および吸収率データを再現するには、吸収断面積の増加とダスト温度の低下の両方が必要であることが確認された。