[論文レビュー] On the nature of diffuse ionized gas in galaxies -- I The contribution of dust scattering to diffuse line emission

Y. Ascasíbar, G. Guidi+3 more|arXiv (Cornell University)|Feb 26, 2016

Astrophysics and Star Formation Studies被引用数 4

ひとこと要約

本研究では、銀河に近い距離の銀河における微粒子散乱が拡散的Hα放射に与える寄与を、銀河様の宇宙論的流体力学的モデルに基づく放射輸送シミュレーションを用いて調査した。その結果、散乱光は、凝縮したH II領域からのHα放射の1–2%にとどまることを示し、これは拡散性イオン化ガス（DIG）成分が全Hα放射の50%未満を占めることを示唆しており、微粒子散乱は小さいが無視できない補正要因であることがわかった。

ABSTRACT

In this work, we investigate the contribution of dust scattering to the diffuse H-alpha emission observed in nearby galaxies. As initial conditions for the spatial distribution of HII regions, gas, and dust, we take three Milky Way-like galaxies from state-of-the-art cosmological hydrodynamical simulations that implement different prescriptions for star formation, feedback, and chemical enrichment. Radiative transfer has been solved a posteriori, using the publicly-available Monte Carlo code Sunrise to take into account dust absorption and scattering of the H-alpha photons, originating exclusively from the HII regions. No contribution from recombinations in the diffuse ionized gas (DIG) component is explicitly or implicitly included in our model. Our main result is that the flux arising from scattered light is of the order of 1-2 per cent of the H-alpha flux coming directly from the HII regions. Building upon previous studies, we conclude that the DIG contributes lass than 50 per cent of the total H-alpha emission.

研究の動機と目的

• 近接銀河における微粒子散乱が拡散的Hα放射に与える寄与を定量化すること。
• 観測された拡散的線放射のうち、真の拡散性イオン化ガス（DIG）由来ではなく、散乱光由来の割合がどの程度かを評価すること。
• 現実的な銀河シミュレーションを用いて、H II領域とDIGの寄与を分離し、全Hαランプランスに与える相対的寄与を明らかにすること。
• 散乱効果と既知のイオン化光子漏れ率を組み合わせることで、拡散性イオン化ガスの物理的起源を制約すること。

提案手法

• Hα光子が銀河間の微粒子とガスを通過する過程をモデル化するため、公開のモンテカルロコードSUNRISEを用いて放射輸送シミュレーションを実施した。
• 初期条件は、星形成、反動力、化学豊度の違いを考慮した3つの宇宙論的流体力学的シミュレーション（Aquarius A, B, C）から抽出した。
• Hα放射は、拡散性イオン化ガス（DIG）成分からの再結合由来の寄与を一切含まず、凝縮したH II領域からのみ発生すると仮定した。
• ガス、微粒子、H II領域の空間的分布を用いて、散乱光のフラックスを計算し、直接的なH II領域放射と比較した。
• 合成画像から凝縮したH II領域と拡散放射を分離するためのカスタムアルゴリズムを適用し、フラックス分解を可能にした。
• 正面および縁側の銀河配置における、散乱フラックス（F_sca）とH II領域フラックス（F_HII）の比を計算した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 近接銀河における観測された拡散的Hα放射のうち、真の拡散性イオン化ガスではなく微粒子散乱由来の割合はどの程度か？
• RQ2 銀河の姿勢、形態、金属量に応じて、散乱光の寄与はどのように変化するか？
• RQ3 微粒子散乱が、凝縮したH II領域と拡散成分の間の観測フラックス比にどの程度影響を及ぼすか？
• RQ4 Hαおよび禁制線の線幅勾配が、散乱のみによって説明可能か、それとも内在的なDIGイオン化を仮定する必要があるか？
• RQ5 散乱寄与が、DIGを維持するために必要なイオン化光子漏れ率にどのような制約を課えるか？

主な発見

• 微粒子によって散乱されたHα光子のフラックスは、凝縮したH II領域から直接放出されるフラックスの約1–2%であり、異なる銀河間でほとんど変化がなかった。
• 正面の銀河では、減衰が小さいため、微粒子散乱が全観測Hαフラックスをわずかに増加させるが、縁側の視点では吸収により最大30%のフラックス低下が生じる。
• DIG成分に比べて、散乱光の全Hαランプランスに与える寄与は無視できるほど小さく、F_sca/F_DIG ≈ 0.015 × (1 - f_DIG)/f_DIG である。
• DIGが全Hα放射の50%を占める場合、散乱光の寄与はDIGに対して約1–2%にとどまり、以前の研究で得られた下限と整合的である。
• 結果から、Hα放射の大部分は凝縮したH II領域由来であると示唆され、一部のモデルで想定されていたよりも低いイオン化光子漏れ率（f_DIG ≈ 0.1–0.2）を示している。
• 銀河の姿勢に応じたF_sca/F_HII比の系統的傾向は認められなかったが、個々の事例では微粒子分布や幾何配置に応じて変動が見られた。