[論文レビュー] The interstellar cold dust observed by COBE

G. Lagache, A. Abergel+2 more|ArXiv.org|Dec 30, 1998

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 2被引用数 7

ひとこと要約

この論文は、COBEミッションのDIRBEおよびFIRAS機器を用いて高緯度のダスト放出を分析し、分子雲、特にTaurusのような静穏領域において約15 Kの冷たいダスト成分が検出された。この研究では、約7 Kの非常に冷たい成分の必要性を否定し、温かく冷たいダスト成分の組み合わせが、追加の冷たい放射を必要とせずに観測された遠赤外スペクトルを再現できることを示した。

ABSTRACT

Using DIRBE and FIRAS maps at high latitude ($|b|>10^{\circ}$) we derive the spatial distribution of the dust temperature associated with the diffuse cirrus and the dense molecular clouds. For a $ν^2$ emissivity law, we find that the equilibrium dust temperature of the cirrus is about 17.5 K with only small variations over the high latitude sky. Comparison of the far Infrared DIRBE maps shows the presence of a colder emission component with a temperature around 15 K, assuming a $ν^2$ emissivity law. The lowest values of the temperature found in the cold regions ($\sim 13 K$) are compatible with the results recently obtained for dense cores in star forming regions by the balloon-borne experiment SPM-PRONAOS (Ristorcelli et al., 1996, 1998, Serra et al., 1997). This cold component is in particular present in the direction of known molecular complexes with low star forming activity such as Taurus. The association between the cold component and molecular clouds is further demonstrated by the fact that all sky pixels with significant cold emission have an excess IR emission with respect to the high latitude IR/HI correlation. We have deduced a threshold value of the column density, $N_{HI} = 2.5 10^{20} H/cm^2$, below which cold dust is not detected within the FIRAS beam of $\sim 7\degr$. We have re-examined the problem of the existence of a very cold dust component ($T \sim 7 K$) by combining DIRBE maps of the cold emission with FIRAS spectra, corrected for the isotropic component found in Puget et al. (1996). The warm and cold component deduced from the analysis of DIRBE maps account for the Galactic FIRAS spectra with no need for a very cold component ($T\sim7$ K).

研究の動機と目的

• 拡散および高密度状態の銀河間媒体における宇宙ダストの空間的分布と温度を特定すること。
• COBEデータを用いて、銀河間媒体に約7 Kの非常に冷たいダスト成分が存在するかを調査すること。
• 冷たいダスト放射と分子雲との関連、特に低星形成活動領域における関連を評価すること。
• 補正済みFIRASデータとDIRBEマップを用いて、遠赤外スペクトルエネルギー分布を再評価すること。
• 銀河平面における冷たいダストの検出のための柱密度の閾値を確立すること。

提案手法

• 高緯度のDIRBEおよびFIRASマップ（|b| > 10°）を分析し、拡散および冷たいダスト放射を分離する。
• スペクトルエネルギー分布からダスト温度を導出するために、ν²放射率則を仮定する。
• 遠赤外DIRBEマップの比較により、主なシルラス成分を超える冷たい放射成分を特定する。
• Pugetら（1996年）の結果を用いて、FIRASスペクトルの等方的成分を補正する。
• HI相関関係に対する赤外過剰放射を、分子雲との関連のトレーサーとして特定する。
• FIRASビーム（約7°）内での冷たいダスト検出のための柱密度閾値（N_HI = 2.5 × 10²⁰ H/cm²）を導出する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 COBEが観測した高緯度銀河間媒体における冷たいダストの空間的分布と温度は何か？
• RQ2 以前の研究が示唆したように、銀河間媒体に約7 Kの非常に冷たいダスト成分が存在する証拠はあるか？
• RQ3 冷たいダスト成分は、特に低星形成活動領域において、どのように分子雲と関連しているか？
• RQ4 DIRBEマップで観測された温かく冷たいダスト成分は、どの程度FIRASスペクトル全体を説明できるか？
• RQ5 冷たいダストがFIRASビーム内で検出可能となるために必要な最小HI柱密度は何か？

主な発見

• 拡散シルラス成分の平衡ダスト温度は約17.5 Kであり、高緯度の空域全体で最小限の変動を示す。
• 約15 Kの冷たいダスト成分がDIRBEマップで検出され、特にTaurusのような低星形成活動領域で顕著である。
• 観測された最も冷たいダスト温度は約13 Kであり、SPM-PRONAOS気球実験による高密度核の測定と整合的である。
• 顕著な冷たい放射を示す全天空のピクセルは、すべて高緯度のIR/HI相関関係に対して赤外過剰放射を示し、分子雲との関連を確認した。
• 冷たいダストがFIRASビーム内で検出可能でない柱密度の閾値として、N_HI = 2.5 × 10²⁰ H/cm²が特定された。
• DIRBEマップからの温かく冷たいダスト成分の組み合わせが、銀河のFIRASスペクトルを完全に説明でき、約7 Kの非常に冷たい成分の必要性が排除された。