[論文レビュー] On the oxygen abundance determination in HII regions: the problem of the line intensities -- oxygen abundance calibration

L. S. Pilyugin|arXiv (Cornell University)|Apr 4, 2000

Laser-induced spectroscopy and plasma被引用数 5

ひとこと要約

本稿では、[OII]λλ3727,3729および[OIII]λλ4959,5007線の強度から導かれる励起パラメータp₂およびp₃を用いて、物理的条件の変化を考慮する新しい酸素含有量の校正法であるp法を提案する。この方法は、低金属量領域を含め、温度に敏感なTₑ法と同等の精度で酸素含有量を決定でき、従来のR₂₃法よりもより信頼性が高く、Edmunds & Pagel (1984) よりも古い校正と比較して約0.07 dexの系統的誤差を低減する。

ABSTRACT

The problem of the line intensities -- oxygen abundance calibration has been considered. We confirm the idea of McGaugh (1991) that the strong oxygen lines ([OII] 3727, 3729 and [OIII] 4959, 5007) contain the necessary information for determination of accurate abundances in low-metallicity (and may be also in high-metallicity) HII regions. It has been found that the excitation parameters p3 or p2 (which are defined here as contributions of the radiation in [OIII] 4959, 5007 lines and in [OII] 3727, 3729 lines to the "total" oxygen radiation respectively) allow to take into account the variations in R23 values among HII regions with a given oxygen abundance. Based on this fact a new way of the oxygen abundance determination in HII regions has been constructed and corresponding relations between line intensities and the oxygen abundance have been derived empirically using the available oxygen abundances determined via measurement of temperature-sensitive line ratios. In parallel a new R23 calibration has been derived on the base of recent data and compared to previous calibrations. For oxygen-rich HII regions the present R23 calibration is close to that of Edmunds and Pagel (1984): their calibration has the same slope but is shifted towards higher oxygen abundances by around 0.07 dex as compared to the present calibration.

研究の動機と目的

• R₂₃法による酸素含有量の決定における系統的誤差を是正すること。この方法は、HII領域間の物理的条件の変化を考慮していない。
• 励起パラメータ（p₂およびp₃）を組み込んだ新しい校正法を開発し、低・高金属量HII領域における精度を向上させること。
• 最近の高品質なTₑ法による酸素含有量データに基づいて、新しいR₂₃校正を導出することにより、直接温度測定に基づく測定値との整合性を高めること。
• Tₑ法との比較を通じてp法の妥当性を検証し、Tₑ線が検出不能な低金属量環境でも信頼性があることを示すこと。
• 線の励起状態の違いを考慮することで、R₂₃法とTₑ法による酸素含有量の差異を解消すること。

提案手法

• p法は、[OII]λλ3727,3729および[OIII]λλ4959,5007線の全酸素線放射のうちの寄与割合として、励起パラメータp₂およびp₃を定義する。
• Tₑ法による酸素含有量が得られているHII領域のサンプルを用いて、p₂、p₃と酸素含有量（12 + log(O/H)）との間の経験的関係を導出する。
• 観測された線強度を用いてp₂およびp₃を計算し、温度に敏感な線に依存せずに酸素含有量を予測する。
• 同じTₑ法データに基づいて、従来の校正と比較して精度が高く系統的オフセットが小さい新しいR₂₃校正を導出する。
• 低金属量HII領域およびNGC2403におけるTₑ法との比較を通じて、p法の妥当性を検証する。
• 本手法は、Shaver et al. (1983)、Izotov & Thuan、Garnett et al. (1997) より得られた高品質なデータを含むスパイラル銀河および不規則銀河のHII領域に適用されている。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 固定された酸素含有量において、異なるHII領域間でR₂₃値の変動を効果的に補正できるか、励起パラメータp₂およびp₃はその目的を果たせるか？
• RQ2 特に低金属量環境において、p法はTₑ法と同等の精度で酸素含有量を決定できるか？
• RQ3 Edmunds & Pagel (1984) よりも古い校正と比較して、新しいR₂₃校正の勾配およびゼロ点オフセットはどのように異なるか？
• RQ4 酸素に富んだHII領域において、標準的なR₂₃法と比較してp法はどの程度系統的誤差を低減できるか？
• RQ5 Tₑ線が検出不能な状況において、p法はR₂₃法に代わる十分に頑健な手法と見なせるか？

主な発見

• 低金属量HII領域では、温度に敏感な線が検出不能であるが、p法はTₑ法と同等の精度で酸素含有量を決定できる。
• 励起パラメータp₂およびp₃は、固定された酸素含有量におけるR₂₃の変動を効果的に補正し、校正における系統的誤差を低減する。
• 新しいR₂₃校正は、Edmunds & Pagel (1984) と同じ勾配を持つが、酸素含有量が約-0.07 dex低い方向にシフトしている。
• p法は、R₂₃法とTₑ法による酸素含有量の乖離を低減し、特に低金属量領域で顕著である。ここでは、R₂₃法による値とTₑ法による値の差が最大で0.3 dexに達することがある。
• 酸素に富んだHII領域では、間接的証拠およびNGC2403の半径方向酸素含有量プロファイルとの整合性に基づき、p法はTₑ法と同等の性能を示す。
• Edmunds & Pagel (1984) の校正は、新しい校正と比較して約0.07 dex高い系統的オフセットを持つことが判明し、過去の酸素含有量比較における乖離の原因を説明できる。