[論文レビュー] The extra-planar neutral gas in the edge-on spiral galaxy NGC 891

Filippo Fraternali, Tom Oosterloo+2 more|arXiv (Cornell University)|Oct 15, 2004

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 1被引用数 6

ひとこと要約

本研究では、縁面銀河であるNGC 891における高分解能H I観測を行い、ディスクから15 kpc離れた場所まで延びる拡張した準平面外中性ガスを明らかにした。3次元モデリングと運動論的解析により、ハロー領域のガスはディスクガスよりも遅く回転しており、速度勾配は−15 km s⁻¹ kpc⁻¹であった。これは、ガスの落下モデルに加えて、ガスの降着といった非力学的過程が、観測された遅れを説明するために必要である可能性を示唆している。

ABSTRACT

We present neutral hydrogen observations of the nearby edge-on spiral galaxy NGC891 which show extended extra-planar emission up to distances of 15 kpc from the plane. 3D modeling of the galaxy shows that this emission comes from halo gas rotating more slowly than the gas in the disk.We derive the rotation curves of the gas above the plane and find a gradient in rotation velocity of -15 km/s/kpc. We also present preliminary results of a galactic fountain model applied to NGC891.

研究の動機と目的

• 高感度H I観測を用いて、NGC 891における準平面外中性水素の空間的・運動論的分布をマッピングすること。
• 3次元モデリングを用いて、観測された拡張した放射がハロー領域のガスによるものか、投影効果によるものかを特定すること。
• ディスク平面からの垂直距離に応じたハロー領域ガスの回転速度を測定すること。
• ガスの落下モデルが、観測された準平面外H Iの運動論的特性と分布をどれほど再現できるかを検証すること。
• ガスの降着や非力学的過程が、観測されたハロー領域ガスの運動を維持するために果たす役割を評価すること。

提案手法

• ウェスターボルク合成電波望遠鏡（WSRT）を用いて、チャンネルあたり0.22 mJy/beamのノイズを達成した深さのあるH I合成観測を実施した。
• 28"の分解能（1.3 kpc）で、全H Iマップおよび位置-速度図を作成し、ガスの分布と運動論的特性を追跡した。
• さまざまなディスクの傾き、フラーリング、回転速度を想定したモデルを用いて、3次元モデリング技術を適用し、ハロー領域ガスと投影効果を分離した。
• ビームスミアリングや非対称性の影響を最小限に抑えるために、アプローチする側（北東）のデータのみを用いて、複数の高さにおける回転曲線を導出した。
• 星形成によるガスのディスクからの噴出を模倣する、粒子ベースの力学的モデルを開発し、多成分重力場内での粒子軌道を統合的に計算した。
• 観測されたチャンネルマップと直接比較できるよう、シミュレートされた粒子軌道を視線方向に投影し、モデルのデータキューブを作成した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 投影効果を除いた場合、NGC 891における準平面外中性ガスの真の広がりと運動論的構造はどのようになっているか？
• RQ2 ハロー領域ガスの回転速度は、ディスク平面からの垂直距離に応じてどのように変化するか？
• RQ3 純粋な力学的ガスの落下モデルが、観測された準平面外H Iの形態と運動論的特性をどの程度再現できるか？
• RQ4 銀河間物質からのガス降着といった非力学的過程が、観測されたハロー領域ガスの維持に果たす役割は何か？
• RQ5 なぜ力学的モデルでは、特に約300 km s⁻¹のチャンネルマップで観測されたハロー領域ガスの遅れを再現できないのか？

主な発見

• 準平面外H I放射は、ディスク平面から最大15 kpcまで延びており、以前の観測よりも著しく広がっている。
• 3次元モデリングにより、放射はディスクのねじれやフラーリングではなく、厚さのあるゆっくり回転するハロー成分に起因することが確認された。
• ハロー領域ガスはディスクガスよりも遅く回転しており、1.3 kpc以上の高さでは、速度勾配が約−15 km s⁻¹ kpc⁻¹であった。
• さまざまな高さでの回転曲線を導出すると、約1.3 kpcまでの距離でコリレーションが観測され、その後zが増加するにつれて遅れが増加する傾向が見られた。
• 力学的フォンテーヌモデルは、全H Iマップおよびチャンネルマップの形状を定性的に再現できるが、特に300 km s⁻¹付近でハロー領域に十分な遅れを生み出せない。
• この乖離は、低角運動量ガスの降着といった追加のメカニズムが、観測されたハロー領域ガスの運動を維持するために関与している必要があることを示唆している。