[論文レビュー] Studying the ISM at ~10 pc scale in NGC 7793 with MUSE -- I. Data description and properties of the ionised gas

Lorenza Della Bruna, Angela Adamo+11 more|Durham Research Online (Durham University)|Feb 20, 2020

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 70被引用数 9

ひとこと要約

本研究では、MUSE補完光学データを用いて、約10 pc解像度の銀河NGC 7793の電離された星間媒体を分析し、Hα表面輝度および線幅比基準を用いてHII領域と拡散電離ガス（DIG）を同定した。DIGはHII領域よりも高い電子温度（約3000 K）を示し、低イオン化線が強化され、速度分散が上昇していることから、非光電離過程がその励起に顕著に寄与していることが示唆された。選別手法に依存して、Hα放射の約27–42％がDIG由来であることが判明した。

ABSTRACT

Using MUSE AO data, we probe the ISM in the local spiral galaxy NGC 7793 at a spatial resolution of $\sim$ 10 pc. We identify HII regions and compile a catalogue of supernova remnants (SNRs), planetary nebulae (PNe) and Wolf Rayet stars (WR). We compute electron densities and temperatures from the [SII]6716/6731 and [SIII]6312/9069 line ratios. We study the properties of the ionised gas through BPT diagrams combined with gas velocity dispersion. We spectroscopically confirm 2 previously detected WR stars and a SNR and report the discovery of 7 WR, 1 SNR, and 2 PNe. The diffuse ionized gas (DIG) fraction is between $\sim$ 27 and 42% depending on the method used to define the HII region boundaries. In agreement with previous studies, we find that the DIG exhibits enhanced [SII]/H$α$ and [NII]/H$α$ ratios and a median temperature that is $\sim$ 3000 K higher than in HII regions. We also observe an apparent inverse correlation between temperature and H$α$ surface brightness. Overall, the observed [SII]6716/6731 ratio is consistent within 1$σ$ with $n_e$ < 30 cm$^{-3}$, with an almost identical distribution for the DIG and HII regions. The velocity dispersion of the ionised gas indicates that the DIG has a higher degree of turbulence than the HII regions. Comparison with photoionisation and shock models reveals that the diffuse component can only partially be explained via shocks and that it is most likely consistent with photons leaking from density bounded HII regions or with radiation from evolved field stars. [abridged]

研究の動機と目的

• MUSE補完光学データを用いて、近距離のスパイラル銀河NGC 7793の電離星間媒体（ISM）を約10 pcの空間解像度で分析すること。
• 分光的線幅比および表面輝度のカットを用いてHII領域と拡散電離ガス（DIG）を同定・特徴化すること。
• 観測された線幅比と光電離および衝撃モデルを比較することで、DIGのイオン化源を特定すること。
• 星風のフィードバックおよび逃逸するイオン化放射がDIG成分を駆動する役割を果たすかを評価すること。
• 電子密度および温度を含む、電離ガスの運動的および熱的性質と、それらがイオン化状態とどのように相関するかを調査すること。

提案手法

• MUSEワイドフィールドモードに補完光学を組み合わせることで、NGC 7793の高解像度空間的・分光的データを取得し、電離ガス放射の詳細な分析を可能にした。
• 星の連続スペクトルおよびHα発光ラインプロファイルのフィッティングにより、星およびガスの運動学的特性を導出した。
• HII領域は、Hα表面輝度のしきい値と、Hα/[SII]線幅比に基づく保守的な境界手法を用いて選別した。
• 超新星残骸（SNRs）や惑星状星雲（PNe）などの汚染物質は、BPT図および線幅比診断（例：[OIII]5007/Hαおよび[SII]6731/Hα）を用いて除外した。
• 電子密度は[SII]6716/6731線幅比から、電子温度は[SIII]6312/9069比から計算した。
• ヘリウムII 4686ラインマップを用いて、ウォルフ＝レイター星候補を同定し、合計9個を特定。そのうち7個は新たに報告された。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 NGC 7793における全Hα放射のうち、どの程度が拡散電離ガス（DIG）由来であり、選別基準に依存するか？
• RQ2 DIGのイオン化状態および熱的構造は何か？ それらはHII領域と比較してどう異なるか？
• RQ3 観測された線幅比を説明するには、光電離モデルと衝撃モデルのどちらがより適切か？
• RQ4 電離ガスの速度分散とイオン化強度の相関関係は何か？ これにより、イオン化機構にどのような示唆が得られるか？
• RQ5 HII領域から逃げるイオン化放射が、DIGの励起に果たす寄与はどの程度か？

主な発見

• Hα表面輝度による選別ではDIGの全Hα放射の約27％、Hα/[SII]線幅比による選別では約42％がDIG由来であると推定された。
• DIGでは[SII]/Hαおよび[NII]/Hα線幅比が強化されており、他の近傍銀河の観測と一致するように、低イオン化状態であることが示唆された。
• HII領域およびDIGにおける電子密度は、主に30 cm⁻³未満であり、両者間に顕著な差は認められなかった。
• DIGの電子温度はHII領域よりも約3000 K高いが、ミルキーウェイでも同様の結果が得られており、非光電離加熱機構が関与している可能性を示唆している。
• 電子温度とHα表面輝度の逆相関が観測され、発光度測定値が低い領域では温度が高くなる傾向があることから、ミルキーウェイでも観測された現象と一致する。
• 速度分散を第三変数とするBPT図では、DIGにおけるガスの速度分散がHII領域よりも顕著に上昇しており、光電離を超えるプロセス（例：乱流や衝撃）が、拡散媒体のイオン化に顕著に寄与していることが示唆された。