[論文レビュー] Spatial distribution of interstellar dust in the Sun vicinity, comparison with neutral sodium-bearing gas

Jean‐Luc Vergely, Bernard Valette+2 more|arXiv (Cornell University)|Feb 24, 2010

Impact of Light on Environment and Health参考文献 2被引用数 49

ひとこと要約

本研究は、ストロムゲン光度測定と吸収率データを用いて、太陽から250 pc圏内の銀河的ちりと中性ナトリウム含有ガスの3次元断層撮影地図を構築し、正則化されたベイズ的逆問題解法を適用した。北銀河赤道上にちりとガスの比が高くなる傾向が示され、独立した tracer を用いてローカルバブルの構造が確認され、データセットの違いにもかかわらずちりとガスの分布に整合性があることが示された。

ABSTRACT

3D tomography of the interstellar dust and gas may be useful in many respects, from the physical and chemical evolution of the ISM itself to foreground decontamination of the CMB, or various studies of the environments of specific objects. Our goal here is to bring more precise information on the distance to nearby interstellar dust and gas clouds within 250 pc. We apply the best available calibration methods to a carefully screened set of stellar Stromgren photometry data for targets possessing a Hipparcos parallax and spectral type classification. We combine the derived interstellar extinctions and the parallax distances for about 6,000 stars to build a 3D tomography of the local dust. We use an inversion method based on a regularized Bayesian approach and a least squares criterion. We obtain 3D maps of the opacity and the distance to the main dust-bearing clouds with 250 pc. We calculate the integrated extinction between the Sun and the cube boundary and compare with the total galactic extinction derived from infrared 2D maps. We also compare the opacity distribution with the 3D distribution of interstellar neutral sodium resulting from the inversion of sodium columns towards about 1,700 target stars. Our maps show a larger high latitude dust opacity in the North compared to the South, while gas maps do not show the same asymmetry, suggesting a polar asymmetry of the dust to gas ratio at small distances.

研究の動機と目的

• 独立観測データを用いて、太陽系近傍の高分解能3次元ちりとガス地図の作成を目的とする。
• 星のパラレルスと減光測定値を組み合わせることで、近隣の銀河的ちり雲の距離制約を改善することを目的とする。
• 小スケールでのちりとガス分布の空間相関関係および潜在的な非対称性を調査することを目的とする。
• 独立した赤外線および発光データと比較することで、再構築された3次元構造の妥当性を検証することを目的とする。
• 現在のデータカバレッジの限界を評価し、さらなる観測が求められる領域を同定することを目的とする。

提案手法

• ヒッパルコスのパラレルスとスペクトル分類が得られた約6,400個の星の慎重にスクリーニングされたサンプルを、ストロムゲン光度測定による減光測定に用いた。
• 選択された星のタイプとパラレルス距離に基づいて、最新のキャリブレーション手法を用いて銀河的減光を導出した。
• 最小二乗基準を用いた正則化されたベイズ的逆問題解法を、3次元ちりの透過率およびガス密度分布の再構築に適用した。
• 同じ逆問題手法を、約1,700個の星からの中性ナトリウム吸収率データに独立して適用し、3次元ガス地図を作成した。
• 逆問題における相関長は、異なるISM成分の期待される物理的スケール（例：分子雲ではパーセクスケール、拡散雲では数十パーセク）に基づいて選択された。
• 統合された透過率をSchlegelら（1998）の2次元ちり発光地図と比較し、平面断面および垂直断面における空間パターンを分析することで、地図の妥当性を検証した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 太陽系近傍における3次元ちりと中性ナトリウム含有ガスの分布は、どのように比較されるか？
• RQ2 太陽から250 pc圏内におけるちりとガス比に、極方向の非対称性の証拠は存在するか？
• RQ3 3次元ちりとガス地図は、ローカルバブルやゴールドベルトに結びついた銀河平面のねじれといった大規模構造をどの程度一致して明らかにするか？
• RQ4 現在のデータカバレッジには、ISMの微細構造を解明する上でどのような限界があるか？
• RQ5 感度や標的分布が異なる独立したtracer（ちり減光とナトリウム吸収）が、それでも一貫した3次元地図を生成できるか？

主な発見

• 3次元ちりとガス地図は、ローカルバブルやゴールドベルトに起因する銀河平面のねじれといった大規模構造において、強いグローバルな整合性を示した。
• 250 pcの範囲における統合されたちり透過率は、Schlegel ら（1998）の2次元赤外線地図とよく一致しており、特に高銀緯度域で信頼性が裏付けられた。
• ちりとガス比に顕著な非対称性が確認された：北銀河赤道上ではちり透過率が南より高かったが、ナトリウムガスには同様の非対称性は認められなかった。
• ローカルバブルおよびその境界は、両方のtracer で明確に解像され、独立したデータでその存在と構造が確認された。
• 小スケールでの不一致、例えばl=235°、200 pcに位置する密度の高いナトリウム特徴が強いちりの対応を持たない例は、ちりとガス比の変動やデータカバレッジの限界を示唆している。
• タウラス、スコ・オフェンスキュラス、ルプスのような濃密な雲を超える標的の不足により、近隣の空洞の境界やそれらのX線放射の可能性を正確にマッピングする能力が制限されている。