[論文レビュー] Oxygen and nitrogen abundances in nearby galaxies. Correlations between oxygen abundance and macroscopic properties

L. S. Pilyugin, J. M. Vı́lchez+1 more|ArXiv.org|Jul 1, 2004

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 179被引用数 191

ひとこと要約

本研究では、54個の渦巻銀河に属する1,000個以上のH ii領域スペクトルを収集し、一貫性のある温度感受性ライン解析のためのP法を用いて酸素および窒素の分画を再評価した。その結果、酸素分画は明確に光度、回転速度、形態的タイプと相関しており、特に回転速度との相関が最もきついことが判明した。P法を用いた光度–金属量関係は、R₂₃校正に基づくものとは顕著に異なり、NGC 5457における直接Teベースの分画はこの新しい関係と整合するが、R₂₃ベースのものとは矛盾する。

ABSTRACT

We performed a compilation of more than 1000 published spectra of HII regions in spiral galaxies. The oxygen and nitrogen abundances in each HII region were recomputed in a homogeneous way, using the P-method. The radial distributions of oxygen and nitrogen abundances were derived. The correlations between oxygen abundance and macroscopic properties are examined. There is a significant difference between the L-Z relationship obtained here and that based on the oxygen abundances determined through the R_23-calibrations. The oxygen abundance of NGC 5457 recently determined using direct measurements of Te (Kennicutt, Bresolin & Garnett 2003) agrees with the L-Z relationship derived here, but is in conflict with the L-Z relationship derived with the R_23-based oxygen abundances. The obtained L-Z relation for spirals is compared to that for irregulars. Our sample of galaxies shows evidence that the slope of the O/H-M_B relationship for spirals is slightly more shallow than that for irregulars. The effective oxygen yields were estimated for spiral and irregular galaxies. The effective oxygen yield increases with increasing luminosity from M_B=-11 to M_B=-18 (or with increasing rotation velocity from Vrot=10 km/s to Vrot=100 km/s) and then remains approximately constant. Irregular galaxies from our sample have effective oxygen yields lowered by a factor of 3 at maximum, i.e. irregular galaxies usually keep at least 1/3 of the oxygen they manufactured during their evolution.

研究の動機と目的

• 1,000個以上の渦巻銀河のH ii領域スペクトルから得られた酸素および窒素分画測定値を収集・均一化すること。
• R₂₃ベースの校正によるバイアスを回避するため、一貫性のある温度感受性解析のためのP法を用いて分画を再計算すること。
• 酸素分画と光度、回転速度、形態的タイプといった大規模銀河特性との相関を検討すること。
• 渦巻銀河における光度–金属量関係を不規則銀河と比較し、効果的酸素還元率の違いを評価すること。
• 文献に報告されたR₂₃ベースの分画決定と、直接Teベースの分画（例：NGC 5457）との不一致を解消すること。

提案手法

• 文献から54個の渦巻銀河における1,000個以上のH ii領域スペクトルを収集・編集した。
• 温度感受性の[O iii] λ4363ライン比に依存するP法を用いて、酸素および窒素分画を再計算した。
• 酸素および窒素の径方向分画分布（中心分画の外挿および分画勾配を含む）を導出した。
• 各銀河の代表的特徴的分画として、等光度半径r = 0.4R₂₅における酸素分画を用いた。
• P法分画を用いて光度–金属量関係および回転速度–金属量関係を構築した。
• 閉じたボックスモデルの予測と比較することで、効果的酸素還元率（y_eff）を推定し、質量損失効率を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 渦巻銀河のH ii領域における酸素および窒素分画は、光度、回転速度、形態的タイプといった大規模特性とどのように相関するか？
• RQ2 P法分画から導かれた光度–金属量関係は、R₂₃ベースの校正から導かれたものとどのように異なるか？
• RQ3 NGC 5457における直接Teベースの酸素分画は、P法分画から導かれた光度–金属量関係と一致するか、それともR₂₃ベースの関係と一致するか？
• RQ4 渦巻銀河における効果的酸素還元率は不規則銀河と比べてどのように異なるか？また、光度または回転速度に応じてどのように変化するか？
• RQ5 渦巻銀河と不規則銀河におけるO/H–M_B関係の傾きの違いにどのような意味があるか？

主な発見

• 渦巻銀河における酸素分画は、回転速度と最も強く相関しており、光度や形態的タイプとの相関よりもわずかにきつい。
• P法分画から導かれた光度–金属量関係は、R₂₃校正に基づくものとは顕著に異なり、特に高光度域ではR₂₃ベースの校正が金属量を過大評価している。
• NGC 5457における直接Teベースの酸素分画（1.685 × スケール長）は、P法に基づく光度–金属量関係と整合するが、Garnett (2002) のR₂₃ベースの関係とは矛盾する。
• 渦巻銀河におけるO/H–M_B関係の傾きはやや浅く（–0.079 ± 0.018）あり、不規則銀河（–0.139 ± 0.011）よりも金属量の光度依存性が弱いことを示している。
• 効果的酸素還元率は、M_B ~ –11 から M_B ~ –18（またはV_rot ~ 10 から ~100 km s⁻¹）にかけて増加し、その後は飽和する傾向を示しており、より明るい系では金属の効果的な保持が進んでいることを示唆している。
• サンプル内の不規則銀河は、生成された酸素の少なくとも1/3を保持しており、効果的酸素還元率は最大で3倍まで低下する可能性がある。これはGarnett (2002) の90–95％の損失という推定とは対照的である。