[論文レビュー] The Herschel Virgo Cluster Survey: IV. Resolved dust analysis of spiral galaxies

M. W. L. Smith, C. Vlahakis+28 more|arXiv (Cornell University)|May 17, 2010

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 22被引用数 31

ひとこと要約

本研究では、ハーシェル・パックスおよびスパイラ光度計を用いた、渦巻銀河NGC 4501およびNGC 4567/8の解像されたダスト分析を行い、画素単位のスペクトルエネルギー分布に修正ブラックボディをフィットさせ、ダスト温度、質量面密度、およびガス対ダスト比を導出しました。主な結果として、ダスト温度は銀河中心から離れた場所で約22 Kにピークを示し、ダスト質量は中心に集中しており、ガス対ダスト比はミルキーウェイの値よりも低く、バーヴォ・クラスタ内での環境的剥ぎ取りが示唆されます。

ABSTRACT

We present a resolved dust analysis of three of the largest angular size spiral galaxies, NGC 4501 and NGC 4567/8, in the Herschel Virgo Cluster Survey (HeViCS) Science Demonstration field. Herschel has unprecedented spatial resolution at far-infrared wavelengths and with the PACS and SPIRE instruments samples both sides of the peak in the far infrared spectral energy distribution (SED).We present maps of dust temperature, dust mass, and gas-to-dust ratio, produced by fitting modified black bodies to the SED for each pixel. We find that the distribution of dust temperature in both systems is in the range ~19 - 22 K and peaks away from the centres of the galaxies. The distribution of dust mass in both systems is symmetrical and exhibits a single peak coincident with the galaxy centres. This Letter provides a first insight into the future analysis possible with a large sample of resolved galaxies to be observed by Herschel.

研究の動機と目的

• 高精度な遠赤外データを用いて、解像された渦巻銀河におけるダスト温度、質量、ガス対ダスト比の空間的分布を調査すること。
• 160 µm以上の波長で、低空間分解能および感度のため、冷たいダストの検出や正確なダスト質量の測定が困難であった従来の研究の限界を克服すること。
• バーヴォ・クラスタ内での環境的要因が、後期型銀河のダスト特性およびガス対ダスト比に与える影響を調査すること。
• 全ハーシェル・バーヴォ・クラスタ・サーベイ（HeViCS）の手法的基盤を提供するため、大スケールの角度を持つ代表的な銀河を対象に分析すること。
• クラスタ銀河におけるダストおよびガスの分布が、孤立銀河と系統的に異なるかどうかを、特に温度勾配および質量面密度プロファイルの観点から評価すること。

提案手法

• HeViCS科学デモストレーションフィールドにおけるNGC 4501およびNGC 4567/8の、ハーシェル・パックス（70, 100, 160 µm）およびスパイラ（250, 350, 500 µm）の光度計データを取得した。
• 多波長のフラックスに画素単位で修正ブラックボディSedをフィットさせ、各空間要素ごとのダスト温度、ダスト質量面密度、およびガス対ダスト比を導出した。
• 固定されたダスト発光指数（β = 1.8）を用いた修正ブラックボディモデルを用い、宇宙間物質モデルに整合するダスト吸収率法則を仮定した。
• NGC 4567/8における源の混在および重ね合わせ発光を補正するため、デブレッディング補正を適用し、測定値に追加の不確実性を含めた。
• 銀河全体および画素単位のダスト質量およびガス対ダスト比の値を比較し、半径方向の傾向および一貫性を評価した。
• 500 µmにおける放射過剰がないことから、19 K未満の冷たいダスト成分が存在しないことを確認し、観測された波長範囲で単一の修正ブラックボディがSedをよく適合していることが示された。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 バーヴォ・クラスタ内の渦巻銀河のディスク上で、ダスト温度の分布はどのように変化し、銀河中心から対称的であるか、あるいはずれているか？
• RQ2 ダスト質量面密度の半径プロファイルは何か？また、星形成とガス分布と同様に、中心でピークを示すと予想されるか？
• RQ3 ハーシェルデータから導出されたガス対ダスト比は、ミルキーウェイの値と比べてどう異なるか？また、これらはこれらの銀河の環境的歴史に何を示唆するか？
• RQ4 NGC 4501およびNGC 4567/8のダスト特性は、どれほどラム圧ストリッピングなどの環境的要因に起因しているか？
• RQ5 本研究で適用された解像されたダスト分析手法は、全HeViCSサンプルにスケーリング可能か？また、銀河の形態に応じて、ダスト-ISM相互作用および加熱メカニズムを調査する基盤となるか？

主な発見

• NGC 4501およびNGC 4567/8のダスト温度は約19 Kから約22 Kの範囲にあり、約22 Kのピークが銀河中心からずれた半径に位置しており、最も暖かいダストがコア部にないことを示唆している。
• ダスト質量面密度は中心に集中しており、中心から外側へ向かって約4倍減少しており、他の渦巻銀河で観測された指数的プロファイルと整合的である。
• NGC 4501の全ダスト質量は (1.2 ± 0.3) × 10⁸ M☉、NGC 4567/8の全ダスト質量は (8.6 ± 1.8) × 10⁷ M☉ であり、個別の値としてNGC 4567は (1.7 ± 0.4) × 10⁷ M☉、NGC 4568は (6.6 ± 1.5) × 10⁷ M☉ である。
• NGC 4501のガス対ダスト比は、全銀河で52 ± 13、画素単位の平均で51 ± 14であり、ミルキーウェイの値よりも低いが、X要因補正後のDraineら（2007）の値の下限に一致している。
• NGC 4568では、中心部でH I対ダスト比が顕著に低下しており、これは分子ガス分率の上昇によるものと推定され、全銀河のガス対ダスト比は39 ± 14であり、孤立した渦巻銀河よりも低い。
• 500 µmにおける放射過剰がないことから、19 K未満の冷たいダスト成分の証拠は得られず、観測されたSedは、観測波長範囲全体で単一の修正ブラックボディでよく適合していることが示された。