[論文レビュー] The Herschel Exploitation of Local Galaxy Andromeda (HELGA). I: Global far-infrared and sub-mm morphology

J. Fritz, G. Gentile+31 more|UWA Profiles and Research Repository (University of Western Australia)|Dec 14, 2011

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 1被引用数 4

ひとこと要約

本研究は、ハーシェル宇宙望遠鏡を用いたM31（アンドロメダ銀河）の最初の高解像度遠赤外線およびサブミリ波長マップを提示し、西南方向に21、26、31 kpcの位置に3つの拡張したアーク状のダスト構造を特定した。この構造はHI運動論的データにより確認された。また、M31のダスト質量の78％（約4.5 × 10⁷ M⊙）が10 kpcおよび15 kpcの2つの主要なリングに集中しており、金属量勾配に反映されるようにガス対ダスト比が低下していることが判明した。

ABSTRACT

We have obtained Herschel images at five wavelengths from 100 to 500 micron of a ~5.5x2.5 degree area centred on the local galaxy M31 (Andromeda), our nearest neighbour spiral galaxy, as part of the Herschel guaranteed time project "HELGA". The main goals of HELGA are to study the characteristics of the extended dust emission, focusing on larger scales than studied in previous observations of Andromeda at an increased spatial resolution, and the obscured star formation. In this paper we present data reduction and Herschel maps, and provide a description of the far-infrared morphology, comparing it with features seen at other wavelengths. We use high--resolution maps of the atomic hydrogen, fully covering our fields, to identify dust emission features that can be associated to M31 with confidence, distinguishing them from emission coming from the foreground Galactic cirrus. Thanks to the very large extension of our maps we detect, for the first time at far-infrared wavelengths, three arc-like structures extending out to ~21, ~26 and ~31 kpc respectively, in the south-western part of M31. The presence of these features, hosting ~2.2e6 Msol of dust, is safely confirmed by their detection in HI maps. Overall, we estimate a total dust mass of ~5.8e7 Msol, about 78% of which is contained in the two main ring-like structures at 10 and 15 kpc, at an average temperature of 16.5 K. We find that the gas-to-dust ratio declines exponentially as a function of the galacto-centric distance, in agreement with the known metallicity gradient, with values ranging from 66 in the nucleus to ~275 in the outermost region. [Abridged]

研究の動機と目的

• ハーシェルデータを用いて、M31の遠赤外線およびサブミリ波長における、類例なき空間解像度でのグローバルな形状をマッピングすること。
• M31の外縁部に位置する拡張ダスト放射の特徴を特定・確認し、銀河の前方に存在するガリレーサスの影響と区別すること。
• 全ダスト質量およびその半径方向の分布を測定すること、特に光学的半径を越えた領域について。
• ガス対ダスト比とその銀河中心からの距離依存性を調査し、金属量勾配と関連付けること。
• 異なる銀河領域におけるダストの物理的性質（温度、表面密度）を特徴付けること。

提案手法

• M31を中心とする5.5×2.5度の領域で、ハーシェルPACSおよびSPIRE観測を100–500 μmの波長範囲で実施。
• 高解像度のHIデータを用いてデータの低減およびマップ作成を行い、ガリレーサスの前方放射からM31に起因する放射を特定・分離した。
• 100 μm未満の波長を除いた多波長光度測定に基づき、SEDフィッティングを用いてダスト温度および質量を導出。
• 形状的および運動論的解析を通じて環状構造を同定し、HI速度場と照合することでM31への関連性を確認。
• 同じHIマップから得たHI質量と照らし合わせることで、ガス対ダスト比を計算。
• ダスト表面密度、温度、ガス対ダスト比の半径方向傾向を分析し、金属量勾配を推定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 M31の光学的半径を越えた領域における、遠赤外線およびサブミリ波長のグローバルな形状はどのようなものか？
• RQ2 M31の外縁部に位置する拡張ダスト構造は、銀河に運動論的に関連しており、前方のガリレーサスとは区別できるか？
• RQ3 M31に存在する全ダスト質量はどれほどで、それが異なる銀河半径にどのように分布しているか？
• RQ4 ガス対ダスト比は銀河中心からの距離に応じてどのように変化するか？これは金属量勾配に何を示唆するか？
• RQ5 M31の主要なリングおよび外縁部におけるダストの物理的性質（温度、表面密度）はどのようなものか？

主な発見

• 21、26、31 kpcの半径に位置するM31の西南方向に、3つの明確なアーク状ダスト構造が検出され、HI運動論的データにより確認された。
• M31の全ダスト質量は約5.8 × 10⁷ M⊙であり、その78％が中心からの距離10 kpcおよび15 kpcの2つの主要なリングに集中している。
• 10 kpcのリング内ではダスト表面密度が0.41 M⊙/pc²にピークし、平均値の4倍に達しており、特に内側領域で最大値を示した。
• 中心領域のダスト温度は22 Kであり、より高温成分を検出できる短波長データが欠落しているため、以前の推定値より低かった。
• ガス対ダスト比は半径に伴い指数関数的に低下し、核部では66、外縁部では約275にまで低下し、既知の金属量勾配と整合的であった。
• 外縁部におけるHI対ダスト比は約204であり、のちの銀河の約1.5倍に達しており、M31の低金属量外縁部ではダスト対ガス比が強化されていることを示唆している。