[論文レビュー] The Herschel Virgo Cluster Survey. IX. Dust-to-gas mass ratio and metallicity gradients in four Virgo spiral galaxies

L. Magrini, S. Bianchi+21 more|UWA Profiles and Research Repository (University of Western Australia)|Jun 3, 2011

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 1被引用数 48

ひとこと要約

本研究は、バーヴォ銀河団の4つの遅い型渦巻銀河（NGC4254、NGC4303、NGC4321、NGC4501）において、Herschel PACSおよびSPIREの光度計測、HIおよびCOガスマップ、およびHII領域の酸素分画濃度を用いて、径方向のダスト対ガス質量比と金属量勾配を調査した。その結果、金属量依存のCOからH₂への換算係数（X_CO）を用いる場合にのみ、ダスト対ガス比の勾配は酸素分画濃度の勾配と一致し、特に分子ガスが支配する内側領域では、X_COが銀河系のX_COの0.1–0.9倍の値を示す。これは、これらの銀河団銀河において、X_COと金属量の超線形的または線形的依存関係が存在することを示唆している。

ABSTRACT

Using Herschel data from the Open Time Key Project the Herschel Virgo Cluster Survey (HeViCS), we investigated the relationship between the metallicity gradients expressed by metal abundances in the gas phase as traced by the chemical composition of HII regions, and in the solid phase, as traced by the dust-to-gas mass ratio. We derived the radial gradient of the dust-to-gas mass ratio for all galaxies observed by HeViCS whose metallicity gradients are available in the literature. They are all late type Sbc galaxies, namely NGC4254, NGC4303, NGC4321, and NGC4501. We examined different dependencies on metallicity of the CO-to-H$_2$ conversion factor (\xco), used to transform the $^{12}$CO observations into the amount of molecular hydrogen. We found that in these galaxies the dust-to-gas mass ratio radial profile is extremely sensitive to choice of the \xco\ value, since the molecular gas is the dominant component in the inner parts. We found that for three galaxies of our sample, namely NGC4254, NGC4321, and NGC4501, the slopes of the oxygen and of the dust-to-gas radial gradients agree up to $\sim$0.6-0.7R$_{25}$ using \xco\ values in the range 1/3-1/2 Galactic \xco. For NGC4303 a lower value of \xco$\sim0.1 imes$ 10$^{20}$ is necessary. We suggest that such low \xco\ values might be due to a metallicity dependence of \xco (from close to linear for NGC4254, NGC4321, and NGC4501 to superlinear for NGC4303), especially in the radial regions R$_G

研究の動機と目的

• バーヴォ銀河団の渦巻銀河におけるダスト対ガス質量比とガス相金属量（酸素分画濃度）の径方向相関を調査すること。
• COからH₂への換算係数（X_CO）が導かれるダスト対ガス比およびその径方向勾配に与える影響を評価すること。
• クラスタ銀河におけるダスト対ガス比と酸素分画濃度勾配を一致させるために、金属量依存のX_COが必要かどうかを検証すること。
• 特に分子ガスが支配する領域において、歪んだ形状と多様な金属量を示す銀河におけるX_COの制約をすること。
• 文献上の酸素分画濃度を共通の校正（KK04）に合わせ、銀河系のX_COを下限として用いることで、金属量勾配測定の妥当性を評価すること。

提案手法

• Herschel PACSおよびSPIREの光度計測を単一温度の修正黒体放射体にフィットさせ、ダスト質量表面密度マップを導出する。
• HIモーメント1マップとCOラインデータを組み合わせ、異なるX_CO値を用いてCO放射をH₂質量に換算し、全ガス質量を導出する。
• HI運動学的パラメータを用いて、導出されたマップからダスト、原子ガス（HI）、および分子ガス（H₂）の径方向プロファイルを抽出する。
• 文献上のHII領域からの酸素分画濃度勾配と、KK04スケールに再キャリブレーションした結果を比較する。
• X_COの3つの依存関係（定数、X_CO ∝ Z⁻¹（線形）、X_CO ∝ Z⁻².⁵（超線形））をテストし、観測されたダスト対ガス比とO/H勾配を一致させる。
• 銀河系のX_COを下限として用い、酸素分画濃度のゼロ点を固定することで、勾配比較における不確実性を低減する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 標準的なX_CO値を用いた場合、バーヴォ渦巻銀河におけるダスト対ガス質量比とガス相酸素分画濃度の径方向勾配は一致するか？
• RQ2 酸素分画濃度勾配が正しいと仮定した場合、観測されたダスト対ガス質量比勾配を再現するために必要なX_CO値は何か？
• RQ3 特に分子ガスが支配する領域において、これらのクラスタ銀河に金属量依存のX_COの証拠があるか？
• RQ4 X_COの不確実性は、内側ディスク領域と外側ディスク領域における導出されたダスト対ガス比にどのように影響するか？
• RQ5 観測されたダスト対ガス比と酸素分画濃度勾配の一致は、非銀河系のX_COによって説明可能か。もしそうなら、どの関数形がデータに最も適合するか？

主な発見

• NGC4254、NGC4321、NGC4501では、X_COが銀河系の値の0.5–0.9倍の範囲をとる場合、ダスト対ガス質量比と酸素分画濃度勾配が約0.6–0.7 R25の範囲で一致する。
• NGC4303では、観測勾配を一致させるために、銀河系のX_COの約0.1倍という極めて低いX_CO値を要する。これは強い金属量依存性を示唆する。
• NGC4254では線形のX_CO-金属量依存性（X_CO ∝ Z⁻¹）がデータを最もよく説明するが、NGC4303では超線形の依存性（X_CO ∝ Z⁻².⁵）が必要である。
• NGC4501およびNGC4321では、銀河系のX_CO値と線形依存性の中間のX_CO値が必要とされる。
• 内側ディスク領域（R < 0.6–0.7 R25）は分子ガスが支配するため、X_COの選択に最も敏感であり、一方外側領域は原子ガスが支配するため影響を受けにくく、X_COを制約できない。
• 本研究は、特に分子ガスが支配する径方向領域において、バーヴォ銀河団の渦巻銀河に金属量依存のX_COが存在することを支持する。また、この傾向を確認するためにはより大きなサンプルが必要であると強調している。