[論文レビュー] Pa$\beta$, H$\alpha$, and Attenuation in NGC 5194 and NGC 6946

Sarah Kessler, Adam K. Leroy+6 more|arXiv (Cornell University)|Feb 17, 2020

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 84被引用数 12

ひとこと要約

本研究では、ハッブル宇宙望遠鏡のPaβ画像と地上望遠鏡のHαマップを組み合わせ、縁側スパイラル銀河NGC 5194およびNGC 6946の全貌におけるチリの減光（A(Hα)）を測定した。Paβ/Hα線幅比と減光則を用い、約2,000個の2′′口径領域でA(Hα)を導出し、減光の半径方向低下を明らかにした。また、赤外線対Hα色とガス密度がA(Hα)の強力な予測子であることが示され、チリ対ガス比は約0.2×ミルキーウェイの値であり、チリとHα発光領域の部分的重複を示唆した。

ABSTRACT

We combine Hubble Space Telescope (HST) Paschen $\beta$ (Pa$\beta$) imaging with ground-based, previously published H$\alpha$ maps to estimate the attenuation affecting H$\alpha$, A(H$\alpha$), across the nearby, face-on galaxies NGC 5194 and NGC 6946. We estimate A(H$\alpha$) in ~ 2,000 independent 2" ~75 pc diameter apertures in each galaxy, spanning out to a galactocentric radius of almost 10 kpc. In both galaxies, A(H$\alpha$) drops with radius, with a bright, high attenuation inner region, though in detail the profiles differ between the two galaxies. Regions with the highest attenuation-corrected H$\alpha$ luminosity show the highest attenuation, but the observed H$\alpha$ luminosity of a region is not a good predictor of attenuation in our data. Consistent with much previous work, the IR-to-H$\alpha$ color does a good job of predicting A(H$\alpha$). We calculate the best-fit empirical coefficients for use combining H$\alpha$ with 8, 12, 24, 70, or 100 $\mu$m to correct for attenuation. These agree well with previous work but we also measure significant scatter around each of these linear relations. The local atomic plus molecular gas column density, N(H), also predicts A(H$\alpha$) well. We show that a screen with magnitude ~ 0.2 times the expected for a Milky Way gas-to-dust value does a reasonable job of explaining A(H$\alpha$) as a function of N(H). This could be expected if only ~ 40% of gas and dust directly overlap regions of H$\alpha$ emission.

研究の動機と目的

• 2つの近距離縁側スパイラル銀河NGC 5194およびNGC 6946のディスク全体におけるチリ減光（A(Hα)）を、PaβおよびHα再結合線を用いて測定すること。
• 赤外線対Hα色およびガス密度が、解像度の高い銀河領域におけるA(Hα)の予測子として信頼できるかを検証すること。
• A(Hα)と局所的なガスおよび赤外線特性を比較することで、チリとHα発光HII領域の相対的配置関係を評価すること。
• 多波長データを用いた実験的補正を提供することで、星形成率（SFR）推定の精度を向上させること。

提案手法

• NGC 5194およびNGC 6946の新しいHST/WFC3 Paβ narrowband画像を取得し、アーカイブ済みの地上望遠鏡Hαマップと統合した。
• 両銀河に約2,000個の独立した2′′径の開口部を配置し、解像度の高い領域におけるPaβおよびHα放射度を測定した。
• 理論的Case B再結合におけるPaβ/Hα線幅比とCardelliら（1989）の減光則を用いてA(Hα)を計算した。
• SchlegelおよびFinkbeiner（2011）のAV推定値を用い、減光則に従ってA(Hα)およびA(Paβ)にスケーリングすることで、銀河前面の減光を補正した。
• OFFバンド画像を用いた実験的スターライト連続スペクトル差し引きの補正を行い、星光のみの領域での残差を最小化することで、βスケーリング係数を導出した。
• モンテカルロ誤差解析を実施し、ON/OFF比を変動させることでPaβ放射度およびA(Hα)推定値の不確実性を定量化した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 NGC 5194およびNGC 6946のディスク全体におけるチリ減光（A(Hα)）はどのように変化し、その半径プロファイルはいかなるものか？
• RQ2 赤外線対Hα色または局所的ガス密度が、解像度の高い銀河領域におけるA(Hα)をどの程度よく予測できるか？
• RQ3 A(Hα)をN(H)の関数としてフィットする際、ミルキーウェイと比較したチリ対ガス比はどのようになるか？これはチリ-ガス幾何学的配置にどのような示唆を与えるか？
• RQ4 標準的な減光補正手法（赤外線またはガス密度に基づくもの）は、高解像度で解像された観測においてどの程度の性能を示すか？

主な発見

• NGC 5194およびNGC 6946の両者において、A(Hα)は銀河中心からの半径が増加するにつれて減少し、高減光領域は主に内側ディスクに集中している。
• 最高の減光補正Hα全放射度を示す領域は、A(Hα)が最大であるが、観測されたHα全放射度のみでは減光をよく予測できない。
• 赤外線対Hα色はA(Hα)の強力な予測子であり、8、12、24、70、100 µmバンドの最良適合係数が得られた。これにより先行研究と良好に一致したが、明確な散乱が認められた。
• 局所的原子および分子ガス密度（N(H)）はA(Hα)をよく予測しており、HII領域におけるガスとチリの密接な関連性を示唆している。
• 光学的厚さがミルキーウェイの約0.2×のチリスクリーンが、データに良好にフィットし、ガスとチリの約40％がHα発光領域と直接重複していることを示唆している。
• 実験的Paβ放射度補正には全体で約8–9％の不確実性があり、連続スペクトル差し引きおよび光度測定誤差による追加の散乱が認められた。