[論文レビュー] The chemical composition of the Galactic regions M8 and M17. A revision based on deep VLT echelle spectrophotometry

J. García–Rojas, C. Esteban+4 more|arXiv (Cornell University)|Oct 3, 2006

Astrophysics and Star Formation Studies被引用数 7

ひとこと要約

本研究では、銀河系のH II領域M8およびM17における深さのあるVLT UVESエシェル分光法を用い、それぞれ375本および260本の発光線を測定した。主な焦点は、再結合線（RLs）および衝突励起線（CELs）からのイオン濃度に向けられている。温度揺らぎ（$t^2 = 0.040 \pm 0.004$ に対してM8、$0.033 \pm 0.005$ に対してM17）が一貫していることを確認し、M8におけるデューテリウムバルマー線（Dεまで）の検出を報告している。連続スペクトルフラーレンスによる励起が強調され、改善された原子データおよびイオン化補正係数（ICFs）により、長年の濃度差異が解消された。

ABSTRACT

We present new echelle spectrophotometry of the Galactic H II regions M8 and M17. The data have been taken with the VLT UVES echelle spectrograph in the 3100 to 10400 angstroms range. We have measured the intensities of 375 and 260 emission lines in M8 and M17 respectively, increasing significatively the number of emission lines measured in previous spectrophotometric studies of these nebulae. Most of the detected lines are permitted lines. Electron temperatures and densities have been determined using different diagnostics. We have derived He+, C++, O+ and O++ ionic abundances from pure recombination lines. We have also derived abundances from collisionally excited lines for a large number of ions of different elements. Highly consistent estimations of t2 have been obtained by using different independent indicators, the values are moderate and very similar to those obtained in other Galactic H II regions. We report the detection of deuterium Balmer emission lines, up to D$ε$, in M8 and show that their intensities are consistent with continuum fluorescence as their main excitation mechanism.

研究の動機と目的

• 高分解能・高SN比のVLT UVESデータを用いて、銀河系H II領域M8およびM17におけるイオン濃度および全元素濃度の精度を向上させること。
• 長年の『濃度差異』問題の原因を解明すること。これは、CELsからのイオン濃度がRLsからのものより系atically低く測定されるという現象である。
• 一貫した原子データおよびイオン化補正係数（ICFs）を用いて、再結合線（RLs）および衝突励起線（CELs）から得られる結果を比較することで、濃度決定の妥当性を検証すること。
• M8におけるデューテリウムバルマー発光線の検出と特徴付けを行い、その励起機構を評価すること。
• 両ネビュラで複数の独立した診断法から得られる温度揺らぎパラメータ（$t^2$）の整合性を評価すること。

提案手法

• 3100–10400 Åの波長域で、高SN比のVLT UVES分光計を用いた深さのあるエシェル分光法を実施し、微弱な許容発光線を検出可能にした。
• M8では375本、M17では260本の線強度を測定した。主に許容線であり、物理的状態の精密な診断が可能となった。
• [S II]、[O II]、[O III]、[Ne III]線を用いた複数の独立した線比診断法により、電子温度および密度を決定した。
• He⁺、C⁺⁺、O⁺、O⁺⁺の再結合線（RLs）からのイオン濃度を計算した。これはCELsよりも温度構造に敏感でない。
• 幅広い元素について、一貫性があり最新の原子データおよびイオン化補正係数（ICFs）スキームを適用して、衝突励起線（CELs）からのイオン濃度を計算した。
• M8におけるデューテリウムバルマー線（Dα～Dε）の励起機構を、観測強度と連続スペクトルフラーレンスモデルの予測を比較することで評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 高分解能VLT UVESデータから得られるM8およびM17における最も正確なイオン濃度および全元素濃度は何か？
• RQ2 M8およびM17において、再結合線（RLs）と衝突励起線（CELs）からの濃度決定はどの程度一致するか？また、これは濃度差異問題に何を示唆するか？
• RQ3 M8およびM17における温度揺らぎパラメータ（$t^2$）の程度は何か？また、独立した診断法から得られた値はどの程度一貫しているか？
• RQ4 M8およびM17におけるデューテリウムバルマー発光線は検出可能か？また、連続スペクトルフラーレンスはその励起機構として妥当か？
• RQ5 同じ原子データおよびICFスキームを用いた場合、本研究で得られた濃度は、過去の測定値とどのように比較できるか？

主な発見

• 本研究では、M8におけるデューテリウムバルマー発光線（Dεまで）の検出を報告している。その強度は、連続スペクトルフラーレンスが主な励起機構であると一致している。
• 温度揺らぎパラメータ $t^2$ は、M8で $0.040 \pm 0.004$、M17で $0.033 \pm 0.005$ と測定され、複数の独立した診断法で極めて一貫性があった。
• 同じ原子データおよびICFスキームを用いて再計算した場合、M8およびM17におけるC⁺⁺およびO⁺⁺のRLsからのイオン濃度は、過去の研究と非常に良好に一致した。
• M8およびM17の全元素濃度は、安定的かつ信頼性が高く、過去の研究における差異は主に原子データおよびICFスキームの違いに起因し、測定誤差によるものではないことが判明した。
• CELとRLからの濃度差異は依然として存在するが、$t^2$値が温度揺らぎシナリオが主要因であることを支持しており、より明確に制約された状態となった。
• 本研究で用いた原子データおよびICFスキームを過去の濃度決定に再適用した結果、差異は約0.1 dex以内に縮小され、現在の結果の信頼性が確認された。