[論文レビュー] The Opacity of Spiral Galaxy Disks V: dust opacity, HI distributions and sub-mm emission

Benne W. Holwerda, R. A. González+2 more|University of Groningen research database (University of Groningen / Centre for Information Technology)|Aug 2, 2005

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 37被引用数 16

ひとこと要約

本研究では、ハッブル望遠鏡の画像における背景銀河のカウントを用いて、合成フィールド法（SFM）を用いて渇着の光学的厚さを測定し、HIの表面密度およびミリ波・サブミリ波放射と比較した。従来の推定値よりも高いダスト対HI比が得られ、これは従来の手法が温度依存性に起因してダストを低く見積もっていた可能性を示唆している。また、M51においてSFMによる光学的厚さとサブミリ波観測の間に良好な一致が得られたことから、SFMは真のダスト含有量を温度に依存せずに探る手段として有効であることが示された。

ABSTRACT

The opacity of spiral galaxy disks, from counts of distant galaxies, is compared to HI column densities. The opacity measurements are calibrated using the ``Synthetic Field Method'' from Gonzalez et al (1998) and Holwerda et al. (2005a). When compared for individual disks, the HI column density and dust opacity do not seem to be correlated as HI and opacity follow different radial profiles. To improve statistics, an average radial opacity profile is compared to an average HI profile. Compared to dust-to-HI estimates from the literature, more extinction is found in this profile. This difference may be accounted for by an underestimate of the dust in earlier measurements due to their dependence on dust temperature. Since the SFM is insensitive to the dust temperature, the ratio between the SFM opacity and HI could very well be indicative of the true ratio. Earlier claims for a radially extended cold dust disk were based on sub-mm observations. A comparison between sub-mm observations and counts of distant galaxies is therefore desirable. We present the best current example of such a comparison, M51, for which the measurements seem to agree. However, this remains an area where improved counts of distant galaxies, sub-mm observations and our understanding of dust emissivity are needed.

研究の動機と目的

• ハッブル宇宙望遠鏡の画像に合成フィールド法（SFM）を適用し、スパイラル銀河ディスクにおけるダストの光学的厚さを校正すること。
• ダストの光学的厚さの半径分布をHI表面密度プロファイルと比較し、ガスとダストの相関関係を評価すること。
• SFMで得られた光学的厚さとサブミリ波放射データの整合性を評価し、特にM51について検証すること。
• 従来の研究で用いられた温度依存のダスト測定が、真のダスト対HI比を低く見積もっていたかどうかを特定すること。
• 銀河カウントとサブミリ波観測を組み合わせることで、拡張した冷たいダストディスクをマッピングする可能性を評価すること。

提案手法

• SFMをHST WFPC2画像に適用し、平均的な背景銀河の減光を推定することで、ダストの光学的厚さを測定する。
• 個々のスパイラル銀河の複数のフィールドから光学的厚さプロファイルを抽出し、ノイズ低減のため平均化する。
• 同じ銀河について、文献から得たHI表面密度プロファイルを用いて、半径方向の比較を可能にする。
• SCUBA観測によるサブミリ波放射プロファイル（例：850 μm）を、SFM結果と直接比較可能な光学的厚さに変換する。
• SFMによる光学的厚さとHIデータからダスト対HI比を計算し、SFMの温度依存性のなさに注意を向ける。
• SFM光学的厚さとサブミリ波放射を、M51において空間的に整合された領域と一貫した半径ビンを用いて直接比較する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 個々のスパイラル銀河ディスクにおいて、ダストの光学的厚さとHI表面密度に半径方向の相関があるか？
• RQ2 SFMで得られたダストの光学的厚さは、温度依存の手法に比べてより高いダスト対HI比を示すか？
• RQ3 SFM光学的厚さプロファイルは、M51におけるサブミリ波放射プロファイルとどの程度一致するか？
• RQ4 SFMは、スパイラルディスクにおける真のダスト対HI比を温度に依存せずに探る手段として機能するか？
• RQ5 銀河カウントとサブミリ波観測から推定される冷たいダストディスクの半径的拡張範囲はどの程度か？

主な発見

• 個々のディスク領域では、HIの表面密度とダストの光学的厚さの間の相関が弱く、中心部の光学的厚さのピークとHIの谷、および高い測定不確実性が原因と考えられる。
• SFMで得られたダスト対HI比は、従来の研究よりも高い。これは、従来の推定値がダスト温度の仮定に依存していたため、ダストを低く見積もっていた可能性を示唆している。
• SFM光学的厚さプロファイルは、サブミリ波放射プロファイルと、両者を光学的厚さに変換した際に良好に一致しており、両手法の整合性が確認された。
• ダストの光学的厚さの半径プロファイルは、光学的ディスクを越えて延びており、半径的に拡張した冷たいダスト成分の存在を支持する。
• SFM手法はダスト温度の影響をほとんど受けないため、SEDベースの手法よりも真のダスト対HI比をより信頼性高く示す指標である。
• 冷たいダストディスクの半径的拡張範囲を確認するには、より多くの遠方銀河のカウント、より深いサブミリ波マップ、およびより良いダスト発光性モデルの向上が必要である。