[論文レビュー] Spectroscopy of diffuse light in dust clouds. Scattered light and the solar neighbourhood radiation field

K. Lehtinen, K. Mattila|arXiv (Cornell University)|Nov 30, 2012

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 36被引用数 4

ひとこと要約

本研究では、チンブナイル・ネビュラおよびDC303.8-14.2という2つの近接したグロブールに対して、高スペクトル分解能（3500–9000 Å）を用いた散乱光の観測を、長幅スリット分光法を用いて実施し、星間放射場（ISRF）を分離し、発光線を検出する。結果は、連続スペクトルおよび吸収特徴が合成された統合星光スペクトルと一致することを確認した一方で、発光線およびDC303.8-14.2における説明のつかない過剰な発光は、散乱光と局所的な温かい電離媒体からの寄与を示唆しており、DC303.8-14.2には拡張赤発光（ERE）の可能性がある。

ABSTRACT

The optical surface brightness of dark nebulae is mainly due to scattering of integrated starlight by classical dust grains. It contains information on the impinging interstellar radiation field, cloud structure, and grain scattering properties. We have obtained spectra of the scattered light from 3500 to 9000 Angstrom in two globules, the Thumbprint Nebula and DC303.8-14.2. We use observations of the scattered light to study the impinging integrated starlight spectrum as well as the scattered H-alpha and other line emissions from all over the sky. We search also for the presence of other than scattered light in the two globules. We obtained long-slit spectra encompassing the whole globule plus adjacent sky in a one-slit setting, thus enabling efficient elimination of airglow and other foreground sky components. We calculated synthetic integrated starlight spectra for the solar neighbourhood using HIPPARCOS-based stellar distributions and the spectral library of Pickles. Spectra are presented separately for the bright rims and dark cores of the globules. The continuum spectral energy distributions and absorption line spectra can be well modelled with the synthetic integrated starlight spectra. Emission lines of H-alpha + NII, H-beta, and SII are detected and are interpreted in terms of scattered light plus an in situ warm ionized medium component behind the globules. We detected an excess of emission over the wavelength range 5200-8000 Angstrom in DC303.8-14.2 but the nature of this emission remains open.

研究の動機と目的

• 暗黒星雲からの散乱光をプロキシとして用いて、太陽系近傍における星間放射場（ISRF）のスペクトルエネルギー分布（SED）を実験的に決定すること。
• 拡張赤発光（ERE）のような光励起発光が、古典的散乱を越えて暗黒星雲の表面輝度に寄与しているかどうかを調査すること。
• 明るい縁と暗黒コアを別々に分析することで、Hα、[N II]、Hβ、[S II]線における散乱光と局所的発光の寄与を分離すること。
• HIPPARCOSの星の分布とPicklesのスペクトルライブラリから導かれた合成ISRFモデルの正確さを、観測された星雲スペクトルと比較して検証すること。

提案手法

• ESO NTT/EMMI機器を用いた長幅スリット分光法により、グロブール全体と周辺空域をカバーし、大気輝線および大気吸収を効果的に差し引くことを可能にした。
• 明るい縁および暗黒コア領域からのスペクトル抽出により、空間的に分解された散乱光成分と発光線成分を分離した。
• HIPPARCOSに基づく星の分布とPicklesのスペクトルライブラリを用いて、統合星光スペクトルをモデル化し、合成ISRFを生成した。
• 観測スペクトルと合成ISRFを比較し、連続スペクトルの形状およびフロントホーファー線の特徴における一致を評価した。
• Hα+[N II]、Hβ、[S II]の発光線成分を、遠方のHII領域からの散乱光と、グロブールの後方にある局所的な温かい電離媒体（WIM）からの寄与としてモデル化した。
• DC303.8-14.2では5200–8000 Åの範囲に過剰な発光が特定され、EREとの関連が示唆されたが、その性質は未確認のままである。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 観測された散乱光スペクトルが、局所的星の分布から導かれた合成ISRFとどの程度一致するか。
• RQ2 Hα、[N II]、Hβ、[S II]の発光線は、主に散乱光に起因するのか、それとも追加の局所的電離媒体成分を要するのか。
• RQ3 これらの暗黒星雲の拡散光において、特に5200–8000 Åの範囲に拡張赤発光（ERE）の証拠があるか。
• RQ4 特に赤色・可視光域において、濃密な雲内のほこり粒子の散乱特性が波長依存でどのように変化するか。
• RQ5 DC303.8-14.2で検出された5500–8000 Åの範囲の過剰発光の起源は何か。また、それはEREの特徴と一致するか。

主な発見

• チンブナイル・ネビュラの明るい縁（τ ≈ 2）における連続スペクトルエネルギー分布（SED）は、合成ISRFスペクトルとほぼ完全に一致しており、太陽系近傍におけるISRFモデルの妥当性が裏付けられた。
• 観測スペクトルに十分な分解能でフロントホーファー吸収線が検出され、散乱光の起源が局所的ミルキーウェイの統合星光に起因していることが確認された。
• Hα+[N II]、Hβ、[S II]の発光線が検出され、遠方のHII領域からの散乱光と、グロブールの後方にある局所的な温かい電離媒体（WIM）成分の両方からの寄与として解釈された。
• DC303.8-14.2では5200–8000 Åの範囲に過剰な発光特徴が特定され、チンブナイル・ネビュラでも弱いが類似の過剰発光が示唆され、他の星間環境で観測される拡張赤発光（ERE）に類似していた。
• DC303.8-14.2における過剰発光の性質は未確認のままであるが、散乱光や既知の発光線に起因するものではないため、EREまたはその他の光励起発光プロセスの可能性が残されている。
• 本研究により、暗黒星雲がISRFの効果的なリモートセンサーとして機能できること、高スペクトル分解能がISRFおよびほこりの散乱特性に関する制約を強化できることを確認した。