[論文レビュー] The Milky Way halo as a QSO absorption-line system. New results from an HST/STIS absorption-line catalogue of Galactic high-velocity clouds

Peter Herenz, P. Richter+2 more|arXiv (Cornell University)|Jan 7, 2013

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 79被引用数 13

ひとこと要約

本研究では、47個のクェーサー視線に沿って、はくちょう座銀河のハロー内の高速ガス雲（HVCs）を中間吸収体として分析するため、ハッブル宇宙望遠鏡/STISのUV吸収線データを用いた。外部から観測した場合、HVCsは銀河の全強力Mg ii吸収断面積の約52％を占めると判明した。これは、HVCsが局所宇宙における強力Mg ii吸収体のわずかではあるが無視できない貢献をしていることを示唆する。一方、星形成銀河からの噴流が観測された吸収体集団を支配していると考えられる。

ABSTRACT

We use archival UV absorption-line data from HST/STIS to statistically analyse the absorption characteristics of the high-velocity clouds (HVCs) in the Galactic halo towards more than 40 extragalactic background sources. We determine absorption covering fractions of low- and intermediate ions (OI, CII, SiIII, MgII, FeII, SiIII, CIV, and SiIV) in the range fc = 0.20 - 0.70. For detailed analysis we concentrate on SiII absorption components in HVCs, for which we investigate the distribution of column densities, b-values, and radial velocities. Combining information for SiII and MgII, and using a geometrical HVC model we investigate the contribution of HVCs to the absorption cross section of strong MgII absorbers in the local Universe. We estimate that the Galactic HVCs would contribute on average ~52 % to the total strong MgII cross section of the Milky Way, if our Galaxy were to be observed from an exterior vantage point. We further estimate that the mean projected covering fraction of strong MgII absorption in the Milky Way halo and disc from an exterior vantage point is fc(sMgII) = 0.31 for a halo radius of R = 61 kpc. These numbers, together with the observed number density of strong MgII absorbers at low redshift, indicate that the contribution of infalling gas clouds (i.e., HVC analogues) in the halos of Milky Way-type galaxies to the cross section of strong MgII absorbers is <34 %. These findings are in line with the idea that outflowing gas (e.g., produced by galactic winds) in the halos of more actively star-forming galaxies dominate the absorption-cross section of strong MgII absorbers in the local Universe.

研究の動機と目的

• 局所宇宙における強力Mg ii吸収体の吸収断面積への銀河的高速ガス雲（HVCs）の寄与を定量化すること。
• UV分光法を用いて金属イオン（例：Si ii、Mg ii、C iv）の統計的吸収特性を評価すること。
• HVCsが低赤移度クェーサー分光法で観測された強力Mg ii吸収体の顕著な割合を占めうるかどうかを特定すること。
• 外部視点から見た銀河ハローにおける強力Mg ii吸収の覆い範囲をモデル化すること。
• 降着HVCsと噴流駆動吸収体の両者が観測されたMg ii吸収関数をどのように形作っているかを比較すること。

提案手法

• 47個の銀河間クェーサーを向いたアーカイブHST/STIS UV分光法を用い、銀河的HVCs内の金属イオンからの吸収線を検出する。
• O i、C ii、Si ii、Mg ii、Fe ii、Si iii、C iv、Si ivなどのイオンの吸収覆い範囲（f_c）を、吸収量のしきい値を用いて計算する。
• STISバンド内のSi ii遷移を中性および弱くイオン化したガスのトレーサーとして焦点を当て、吸収量分布関数をべき乗則に適合させる。
• ドップラー幅（b値）解析を用いて、HVC成分の非熱的線幅拡張および運動的構造を推定する。
• 銀河およびM31ハロー系の幾何学的モデルを構築し、HVCsによる強力Mg ii吸収の投影覆い範囲を推定する。
• HVCデータをRichter（2012）のハロー模型と組み合わせ、ハロー半径61 kpcにおける平均覆い範囲⟨f_c,sMgII⟩を計算する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 HST/STIS UV分光法で観測された銀河的高速ガス雲（HVCs）における金属イオンの覆い範囲はどの程度か？
• RQ2 HVCsは、銀河における全強力Mg ii吸収断面積にどの程度寄与しているか？
• RQ3 HVCs内のSi ii成分の吸収量およびドップラー幅分布は、21 cm調査におけるH iのそれとどのように異なるか？
• RQ4 もし銀河が外部から観測された場合、局所宇宙における強力Mg ii吸収体のどの程度がHVCsに起因するか？
• RQ5 観測された強力Mg ii吸収体集団は、主に降着HVCsに起因するのか、それとも星形成銀河からの噴流に起因するのか？

主な発見

• Si iiの吸収覆い範囲は、log N(Si ii) ≥ 12.25の条件下でfc(Si ii) = 0.67であり、log N(H i) ≥ 17.8のH iの充填率よりも顕著に高い。
• 約70％の高速Si ii吸収が負の径方向速度で検出された。これは中性および弱くイオン化したガスの純粋な降着を示唆する。
• HVCs内のSi ii成分の吸収量分布は単一の勾配のべき乗則ではうまく記述できないが、適合による勾配はβ = 1.34 ± 0.12であり、H iのべき乗則勾配（約1.5）よりも浅い。
• 内部視点から見た銀河ハローにおける強力Mg ii吸収（W2796 > 0.3 Å）の覆い範囲はfc,sMgII,halo,i = 0.34 ± 0.09である。
• 外部からモデル化した場合、HVCsは銀河の全強力Mg ii吸収断面積の推定で52％を占める。
• ハロー半径61 kpcにおける銀河ハローおよびディスクの平均投影覆い範囲は⟨fc,sMgII⟩ = 0.31であり、これはz=0における強力Mg ii吸収体の数密度にHVCsが34％未満の寄与をしていることを示唆する。