[論文レビュー] ISO spectroscopy of compact HII regions in the Galaxy. II Ionization and elemental abundances

N. L. Martín-Hernández, E. Peeters+10 more|University of Groningen research database (University of Groningen / Centre for Information Technology)|Oct 30, 2001

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 61被引用数 82

ひとこと要約

本研究では、34個の銀河系コンパクトH II領域のISO赤外分光法を用いて、銀河の円盤部におけるイオン化状態と元素分画（N、O、Ne、S、Ar）を導出する。水素再結合線および微細構造線の分析により、N/O、Ne/H、Ar/Hが銀河中心からの半径に伴い系統的に減少することが判明し、補正済み勾配はそれぞれ−0.056、−0.06、−0.07 dex kpc⁻¹であった。これは、化学的進化とイオン化効果によって形作られる半径方向の分画勾配を示している。

ABSTRACT

Based on the ISO spectral catalogue of compact HII regions by Peeters et al. (2001), we present a first analysis of the hydrogen recombination and atomic fine-structure lines originated in the ionized gas. The sample consists of 34 HII regions located at galactocentric distances between Rgal = 0 and 15 kpc. The SWS HI recombination lines between 2 and 8 mum are used to estimate the extinction law at these wavelengths for 14 HII regions. An extinction in the K band between 0 and $\sim$ 3 mag. has been derived. The fine-structure lines of N, O, Ne, S and Ar are detected in most of the sources. Most of these elements are observed in two different ionization stages probing a range in ionization potential up to 41 eV. The ISO data, by itself or combined with radio data taken from the literature, is used to derive the elemental abundances relative to hydrogen. The present data thus allow us to describe for each source its elemental abundance, its state of ionization and to constrain the properties of the ionizing star(s).

研究の動機と目的

• ISO赤外分光法を用いて、銀河系円盤部に広がるコンパクトH II領域における元素分画（N、O、Ne、S、Ar）を特定すること。
• 微細構造線比（例：Ar++/Ar+、N++/N+、Ne++/Ne+）を用いてイオン化状態を評価すること。
• 主要な要素における銀河分画勾配と、電子温度およびイオン化放射場の硬さに依存する関係を調査すること。
• 温度勾配を補正することで分画勾配を精緻化し、従来の研究と整合性を高めること。

提案手法

• 2.3–196 μmのISO SWSおよびLWS回折格子分光法による43個のコンパクトH II領域のスペクトル解析（水素再結合線および原子の微細構造線に注目）。
• 2–8 μmの水素再結合線を用いてKバンド（0–3 mag）における減光を導出する。
• イオン化比診断法（例：Ar++/Ar+、Ne++/Ne+）を用いて、イオン化放射場の硬さを推定する。
• 光電離モデルと線輝度比を用いて、水素に対する元素分画を計算する。
• 銀河の電子温度勾配（約330 K kpc⁻¹）を適用して、分画勾配の温度依存性を補正する。
• 得られた分画を文献データおよび従来のIRASおよびKAO研究と比較し、結果の妥当性を検証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 銀河系H II領域において、Ar++/Ar+、N++/N+、Ne++/Ne+などのイオン化比は、銀河中心からの距離に応じてどのように変化するか？
• RQ2 N/O分画比の半径勾配は何か？ これは一次的か二次的窒素生成を反映しているか？
• RQ3 温度勾配がNeおよびArの導出分画勾配に及ぼす影響はどの程度か？
• RQ4 なぜこの研究では硫黄および酸素分画が不確実に抑えられているのか？ これには分画決定にどのような意味が生じるか？
• RQ5 観測されたイオン化比はどのように相関しているか？ これにより、イオン化星のスペクトルエネルギー分布はどのような情報を示すか？

主な発見

• 銀河中心からの距離に伴い、N/Oのガラクティック中心勾配としてΔlog N/O = −0.056 ± 0.009 dex kpc⁻¹が観測され、銀河中心からの距離が増すにつれて窒素対酸素比が低下していることが示された。
• Ne/HおよびAr/Hの分画勾配は、それぞれΔlog Ne/H = −0.039 ± 0.007 dex kpc⁻¹およびΔlog Ar/H = −0.045 ± 0.011 dex kpc⁻¹であり、両元素とも類似した核合成歴史を示している。
• 約330 K kpc⁻¹の銀河電子温度勾配を補正した後、Ne/HおよびAr/Hの勾配はそれぞれ−0.06および−0.07 dex kpc⁻¹に増加し、従来のIRASおよびKAO研究とより一致するようになった。
• Ar/Ne分画比は太陽系とほぼ同等で、銀河中心からの距離に依存せず一定であり、両元素が同程度の生成および放出収量で生成・放出されていることを示している。
• 酸素および硫黄分画は、診断線（例：O II）が欠落しているため、下限値しか得られておらず、分画が低く抑えられている。
• 内側5 kpc圏内のH II領域では、太陽系を超える窒素分画が観測され、高金属量環境における強化された二次的窒素生成と整合的である。