[論文レビュー] The Gaia-ESO Survey: Extracting diffuse interstellar bands from cool star spectra, DIB-based interstellar medium line-of-sight structures at the kpc scale

L. Puspitarini, R. Lallement+27 more|University of Hertfordshire Research Archive (University of Hertfordshire)|Oct 3, 2014

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 58被引用数 28

ひとこと要約

本研究は、Gaia-ESO調査の白色星スペクトルから拡散性間銀河帯（DIBs）を自動抽出する手法を開発し、kpcスケールの銀河系間銀河媒体（ISM）の3次元マッピングを可能にする。DIB強度が減光と強く相関し、ドップラー速度がHI放射とNaI吸収と一致することを示し、DIBが複数のスパイラルアーム領域におけるISM構造および運動学の信頼できる tracer であることが確認された。

ABSTRACT

We study how diffuse interstellar bands (DIBs) measured toward distance-distributed target stars can be used to locate dense interstellar (IS) clouds in the Galaxy and probe a line-of-sight (LOS) kinematical structure, a potential useful tool when gaseous absorption lines are saturated or not available in the spectral range. Cool target stars are numerous enough for this purpose. We have devised automated DIB fitting methods appropriate to cool star spectra and multiple IS components. The data is fitted with a combination of a synthetic stellar spectrum, a synthetic telluric transmission, and empirical DIB profiles. In parallel, stellar distances and extinctions are estimated self-consistently by means of a 2D Bayesian method, from spectroscopically-derived stellar parameters and photometric data. We have analyzed Gaia-ESO Survey (GES) and previously recorded spectra that probe between $\sim$ 2 and 10 kpc long LOS in five different regions of the Milky Way. Depending on the observed spectral intervals, we extracted one or more of the following DIBs: $λλ$ 6283.8, 6613.6 and 8620.4. For each field, we compared the DIB strengths with the Bayesian distances and extinctions, and the DIB Doppler velocities with the HI emission spectra. For all fields, the DIB strength and the target extinction are well correlated. In case of targets widely distributed in distance, marked steps in DIBs and extinction radial distance profiles match with each other and broadly correspond to the expected locations of spiral arms. For all fields, the DIB velocity structure agrees with HI emission spectra and all detected DIBs correspond to strong NaI lines. This illustrates how DIBs can be used to locate the Galactic interstellar gas and to study its kinematics at the kpc scale.

研究の動機と目的

• 複数の間銀河成分を含む白色星スペクトルに適した、自動DIB抽出手法の開発。
• 従来の吸収線が飽和または欠落する領域において、DIBを間銀河媒体（ISM）構造および運動学の tracer として用いること。
• 2次元ベイズ手法を用いて星の距離と減光とを連携し、一貫性のある線方向解析を実現すること。
• 複数の銀河フィールドにわたり、DIB測定値をHI 21 cm放射およびNaI吸収プロファイルと照合して、DIBベースのISM構造を検証すること。
• 将来的に、Gaia-ESO や Gaia などの大規模な星の分光調査から得られるDIBを用いた3次元ISMマッピングを可能にすること。

提案手法

• 合成星スペクトル、合成圏外透過関数、および経験的DIBプロファイルを組み合わせた共同フィッティングモデルを、観測スペクトルに適用する。
• 初期のDIB成分数および径速度の推定に、HI 21 cm放射またはNaI吸収線を用いる。
• 連結された径速度を用いて、NaIダブルラインとDIBを同時にフィットし、運動学的一致性を向上させる。
• 分光的パラメータと光度測定データを統合した2次元ベイズ手法を用いて、星の距離と減光を推定する。
• CoRoTフィールド、オープンクラスタ、および銀河バルジを含む5つの銀河フィールドに跨る225個の星において、λλ 6283.8、6613.6、8620.4 のDIBを抽出する。
• ピアソン相関を用いてDIB-減光関係を定量し、HI放射およびNaIデータとの整合性を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 白色星スペクトルにおけるDIBは、kpcスケールで間銀河媒体（ISM）構造および運動学を信頼性高くトレースできるか？
• RQ2 多様な銀河フィールドにおいて、DIB強度は減光および星の距離推定とどのように相関するか？
• RQ3 DIBのドップラー速度は、HI 21 cm放射およびNaI吸収線の速度とどの程度一致するか？
• RQ4 主なISM吸収体以外の複数の吸収成分を有するフィールドにおいて、DIBは赤方偏移の差異を解明できるか？
• RQ5 現在のDIB抽出手法の限界は何か。今後の3次元ISMマッピングに向け、どのように改善できるか？

主な発見

• すべてのフィールドにおいてDIB強度が減光と強く相関しており、6283 Å DIBのピアソン相関係数は0.91に達し、減光の代替指標として極めて信頼性が高いことが示された。
• DIBおよび減光の径方向距離プロファイルに顕著な段差が観測され、特にCoRoT反対側フィールド（0.1–8.6 kpc）で予想されるスパイラルアーム位置と一致し、DIBが大規模なISM構造をトレースしていることが確認された。
• DIBドップラー速度はHI 21 cm放射スペクトルと良好に一致しており、検出されたすべてのDIBが強いNaI線に対応しており、運動学的一致性が検証された。
• ローカルアームおよびペルセウスアームのDIBは、径速度で30 km/s以上異なることが確認され、HI放射データと整合的であり、DIBが運動学的サブ構造を解像可能であることを示した。
• γ Velクラスターフィールドでは、複雑なDIB-減光関係が観測され、吸収体の近接性および強力なUV場が要因である可能性があり、環境要因がDIB挙動に影響を与えることを示唆した。
• 2つの視線において、DIBが早期星関係式の予測を上回る強度を示しており、環境的要因または系統誤差の可能性があり、今後の検討が必要であることが示された。