[論文レビュー] Maps of Dust IR Emission for Use in Estimation of Reddening and CMBR Foregrounds

David J. Schlegel, Douglas P. Finkbeiner+1 more|CERN Bulletin|Oct 28, 1997

Astronomy and Astrophysical Research被引用数 27

ひとこと要約

本論文は、DIRBEとIRAS/ISSAデータを統合し、黄道光と点源を除去した高ダイナミクスレンジ、全天100 µmの宇宙ほこり放射マップを提示する。このマップは、温度依存の放射率を用いてほこりの表面密度に校正されており、バーンスタイン＝ヘイルズマップに比べて約2倍の精度で消光を推定可能であり、特に高消光領域で顕著な改善が得られる。このマップは、宇宙論的調査における銀河系消光およびCMBの前景を補正するための強固なツールを提供する。

ABSTRACT

We present a full sky 100 micron map that is a reprocessed composite of the COBE/DIRBE and IRAS/ISSA maps, with the zodiacal foreground and confirmed point sources removed. Before using the ISSA maps, we remove the remaining artifacts from the IRAS scan pattern. Using the DIRBE 100 micron and 240 micron data, we have constructed a map of the dust temperature, so that the 100 micron map can be converted to a map proportional to dust column density. The result of these manipulations is a map with DIRBE-quality calibration and IRAS resolution. To generate the full sky dust maps, we must first remove zodiacal light contamination as well as a possible cosmic infrared background (CIB). This is done via a regression analysis of the 100 micron DIRBE map against the Leiden- Dwingeloo map of H_I emission, with corrections for the zodiacal light via a suitable expansion of the DIRBE 25 micron flux. For the 100 micron map, no significant CIB is detected. In the 140 micron and 240 micron maps, where the zodiacal contamination is weaker, we detect the CIB at surprisingly high flux levels of 32 \pm 13 nW/m^2/sr at 140 micron, and 17 \pm 4 nW/m^2/sr at 240 micron (95% confidence). This integrated flux is ~2 times that extrapolated from optical galaxies in the Hubble Deep Field. The primary use of these maps is likely to be as a new estimator of Galactic extinction. We demonstrate that the new maps are twice as accurate as the older Burstein-Heiles estimates in regions of low and moderate reddening. These dust maps will also be useful for estimating millimeter emission that contaminates CMBR experiments and for estimating soft X-ray absorption.

研究の動機と目的

• 100 µmにおける高精度な全天ほこり放射マップを、より高い空間分解能と絶対校正を伴って作成すること。
• DIRBEおよびIRASデータから黄道光と点源を除去し、拡散的ほこり放射を分離すること。
• 標準的な消光則を用いて、ほこり放射マップをほこりの表面密度に校正し、消光量E(B−V)と関連付けること。
• 外部銀河系およびCMB研究のための、より正確な銀河系消光推定器を提供すること。
• 得られたマップおよび関連処理ツールを、天文学コミュニティに公開すること。

提案手法

• COBE/DIRBEおよびIRAS/ISSAの100 µmマップを合成し、IRAS走査パターンに起因するアーティファクトを除去した再処理。
• 100 µmと240 µm放射の比を用いて、ほこりの色温度マップ（17–21 K）を導出し、100 µm放射の強度をほこりの表面密度に変換可能にする。
• Leiden-Dwingelooマップを用いたH I放射との相関分析を実施し、25 µmの展開を用いて黄道光の影響を補正する。
• 楕円銀河の色とRV = 3.1のCardelliらの消光則を用いて、ほこりマップをE(B−V)消光に校正する。
• IRASの欠損（3％のギャップ）および土星の汚染領域では、校正を保持したままDIRBEデータで欠損部分を補間し、その領域での源除去を回避する。
• 最終マップを4096×4096ピクセルのFITSファイルとして、北天極（NGP）および南天極（SGP）のラムベルト図法で保存し、座標は銀河系座標（l, b）からピクセル座標に変換する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 黄道光とアーティファクトを除去した後、DIRBEの校正とIRASの分解能を併用したDIRBEとIRASの100 µmマップを構築可能か？
• RQ2 17–21 Kのほこり温度の変動が、100 µm放射からほこりの表面密度への変換にどの程度の影響を及ぼすか？
• RQ3 新しいほこりマップは、バーンスタイン＝ヘイルズ法に比べて、どの程度の精度で銀河系消光を推定できるか？
• RQ4 140 µmおよび240 µmで宇宙赤外背景（CIB）が検出可能か？また、光学調査からの外挿と比較してどうか？
• RQ5 高緯度および低緯度領域において、ほこりマップは消光推定に信頼性を持って利用可能か？その限界は何か？

主な発見

• ほこりの温度は17 Kから21 Kに変動し、定常温度仮定と比較して、ほこりの表面密度推定値に最大5倍の修正が生じる。
• 新しいほこりマップは、低・中程度の消光領域でバーンスタイン＝ヘイルズの赤化推定値に比べて2倍の精度を示し、高消光領域ではさらに顕著な改善が期待される。
• 100 µmには顕著な宇宙赤外背景（CIB）は検出されないが、140 µmで32±13 nW/m²/sr、240 µmで17±4 nW/m²/srのCIBが検出され、ハッブル・ディープフィールドからの外挿を上回る。
• 高銀緯度ではほこりマップとH I放射が良好に相関を示すが、密度の高い分子領域ではH₂生成およびH I飽和のため、ずれが生じる。
• 高速H I雲はほこり放射が不足しており、予想通りの結果である。
• マップはウェブまたはAAS CD-ROM経由で公開されており、マスクファイルおよび処理詳細も併記されており、標準的なFITSツールでアクセス可能である。