[論文レビュー] The EDIBLES survey III. C2-DIBs and their profiles

M. Elyajouri, R. Lallement+7 more|arXiv (Cornell University)|May 29, 2018

Spectroscopy and Laser Applications参考文献 34被引用数 9

ひとこと要約

本研究では、EDIBLES調査から得られた高分解能・高SN比スペクトルを用い、1つの分子雲を通る視線方向において、C₂の柱密度が高いものと相関するDIB（拡散性宇宙線帯）であるC₂-DIBを同定する。その結果、少なくとも14個のC₂-DIBが、分子キャリアの解像度の低い回転遷移に一致するサブ構造を示しており、異なる回転定数と温度依存的プロファイル変化を示す多様な分子キャリアが存在することが示された。

ABSTRACT

The so-called C2-DIBs are a class of very weak bands that fall in the blue part of the optical spectrum and are associated with high column densities of the C2 molecule. DIB profile structures constrain potential molecular carriers, but their measurement requires high S/N and spectra and the use of sightlines without Doppler splitting, as typical for a single-cloud situation. Spectra from the ESO Diffuse Interstellar Bands Large Exploration Survey (EDIBLES) conducted at the VLT (ESO/Paranal) were explored to identify single-cloud and high C2 column sightlines, extract the corresponding C2-DIBs and study their strengths and profiles, and to investigate in detail any sub-structures. The target selection was made based on profile-fitting of the Sodium doublets and the detection of C2 lines. The C2 (2-0) Phillips system was fitted using a physical model of the host cloud. C2 column densities, temperatures as well as gas densities were derived for each sightline. 18 known C2-DIBs and 8 strong non-C2 DIBs were extracted towards 8 targets, comprising 7 single-cloud and one multi-cloud line-of-sights. Correlational studies revealed a tight association of the former group with the C2 columns, whereas the non-C2 DIBs are primarily correlated with reddening. We report three new weak diffuse band candidates. We show for the first time that at least 14 C2-DIBs exhibit spectral sub-structures which are consistent with unresolved rotational branches of molecular carriers. The variability of their peak separations among the bands for a given sightline implies that their carriers are different molecules with quite different sizes. We also illustrate how profiles of the same DIB vary among targets and as a function of physical parameters and provide tables defining the sub-structures to be compared with future models and experimental results.

研究の動機と目的

• EDIBLES調査の高SN比・高分解能スペクトルからC₂-DIBを同定・特徴付けること。
• Dopplerシフトの影響を最小限に抑えるために、C₂の柱密度が高い1つの分子雲を通る視線方向を分離し、正確なプロファイル解析を可能にすること。
• C₂-DIBプロファイルのサブ構造を、分子キャリアの回転遷移の診断として調査すること。
• DIBの等価幅とC₂の柱密度や赤色偏移といった恒星間パラメータとの相関関係を調査すること。
• 異なる視線方向および物理的条件下（温度効果を含む）におけるC₂-DIBプロファイルの変動を評価すること。

提案手法

• ESOのVery Large Telescopeから得られたスペクトルを、大気的および星の特徴で補正し、SN比を向上させるために合成した。
• C₂ (2-0) フィリップス遷移系（8750–8849 Å）を物理的モデルでフィットさせ、C₂の柱密度、径方向速度、運動温度、ガス密度を導出した。
• Na I二重線（3303 Åおよび5895 Å）のプロファイルフィッティングを用いて、Dopplerシフトが最小限の1つの分子雲を通る視線方向を同定した。
• 18個の既知のDIBと8個の強い非C₂-DIBについて、8つの標的（うち1つは複数分子雲を含む）でC₂-DIBの等価幅を測定した。
• サブ構造の検出には、高分解能プロファイル解析を用い、3つの視線方向のプロファイルを合成して微弱な特徴を強化した。
• 線形回帰を用いてDIBの等価幅とC₂の柱密度および赤色偏移の相関関係を分析し、DIBファミリーの分類を行った。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 C₂-DIBは、分子キャリアの解像度の低い回転分岐に一致するサブ構造を示すか？
• RQ2 異なる物理的条件を示すさまざまな恒星間視線方向におけるC₂-DIBプロファイルは、どのように変化するか？
• RQ3 C₂-DIBの等価幅とC₂の柱密度、赤色偏移との関係は何か？
• RQ4 DIBプロファイル形状に温度依存的変化（例：広がりやサブピーク間隔の変化）が見られるか？
• RQ5 高品質なEDIBLESスペクトルから、新しい微弱な拡散バンド候補を同定できるか？

主な発見

• 18個のC₂-DIBのうち少なくとも14個が、2つまたは3つの明確なサブピークを示すサブ構造を示しており、これは分子キャリアの解像度の低い回転遷移と一致する。
• C₂-DIBの等価幅はC₂の柱密度と強く相関している（r² > 0.9）、C₂分子との直接的な物理的関連を示している。
• 4737.5、5547.4、5769.8 Åの3つの新しい微弱な拡散バンド候補が検出され、測定された等価幅は10 mÅ未満であった。
• 同じ視線方向におけるC₂-DIBのプロファイル変動は、異なる分子キャリアまたは電子遷移の対称性を示しており、ピーク間隔や振幅の違いから明らかになった。
• 一部のDIBでは、恒星間温度が上昇するにつれてプロファイルが広がり、わずかにサブピーク間隔が増大する傾向が見られ、回転準位のボルツマン分布のシフトと整合的であった。
• 5850 ÅのDIBは、他のC₂-DIBとは異なりC₂の柱密度や赤色偏移と顕著な相関を示さないため、別ファミリーに属すると考えられる。