[論文レビュー] The origin of the ionization of the diffuse interstellar medium in spiral galaxies. II. Modelling the distribution of ionizing radiation in NGC 157

A. Zurita, J. E. Beckman+2 more|ArXiv.org|Aug 8, 2001

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 32被引用数 41

ひとこと要約

本研究では、NGC 157における拡散イオン化ガス（DIG）の起源を、H II領域から漏れ出る電離光子が観測されたHα放射を説明できるかを検証することを目的としている。H II領域のカタログとH I表面密度マップを用いたモデルでは、低輝度H II領域に対しては一定の漏出率、高輝度領域に対しては上昇する漏出率が、観測されたDIG分布を最もよく再現することを示し、H II領域が主な電離源であることを支持する。

ABSTRACT

In this paper we make a quantitative study of the hypothesis that the diffuse H-alpha emitted from the discs of spiral galaxies owes its origin to the ionizing photons escaping from HII regions. We use the H-alpha measurements of the complete set of HII regions in the spiral NGC 157, for which an HI density map was available, to derive a family of models which predict the ionizing photon distribution in the disc of this galaxy. The predicted diffuse H-alpha surface brightness distributions from our models were compared with the observed distributions showing that, in general terms, the hypothesis of density bounding for the HII regions allows us to predict well the spatial distribution of the diffuse ionized gas. In the model yielding the best fit to the data, the regions of lower luminosity lose a constant fraction of their ionizing flux to their surroundings, while for HII region luminosities above a specific transition value the ionizing escape fraction is a rising function of the Ha luminosity.

研究の動機と目的

• スパイラル銀河における拡散イオン化ガス（DIG）の電離を支配するのは、H II領域から漏れ出る電離光子であるという仮説を検証すること。
• NGC 157におけるH II領域からの電離放射の空間的分布と、それが拡散銀河間媒体（ISM）を通過する際の伝達を定量化すること。
• 観測されたDIGのHα表面輝度が、H II領域からの漏れ出る電離放射に基づくモデルによって再現可能かどうかを評価すること。
• HαとH Iマップからの観測的制約を用いて、H II領域の輝度に応じた電離光子漏出率の依存関係を特定すること。
• 一定の漏出率モデルや、最も輝度の高い領域からのみ漏出するモデルといった代替モデルを、観測されたDIGの形状と照らし合わせて評価すること。

提案手法

• Hα輝度と空間的分布のデータを用いて、低輝度限界まで及ぶNGC 157のH II領域カタログを作成した。
• 各H II領域からの電離光子漏出量を、観測されたHα輝度と仮定された漏出率に基づいてパラメータ化した。
• 電離光子が拡散ISMを通過する際の減衰をモデル化するために、測定済みのH I表面密度マップを用いた。
• 再結合と衝突励起を考慮し、電離光子フラックスをHα発光度に変換するためのダウンコンバージョンモデルを適用した。
• モデルから合成されたHα表面輝度マップを観測マップと比較し、残差解析とヒストグラム比較を実施した。
• 残差の視覚的点検と、異なる漏出率および減光パラメータを有するモデル間の統計的差別化により、モデルの品質を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 NGC 157における拡散Hα放射の空間的分布は、H II領域から漏れ出る電離光子によって再現可能か？
• RQ2 NGC 157におけるH II領域のHα輝度に応じて、電離光子漏出率はどのように変化するか？
• RQ3 H II領域における密度バウンディング仮説は、観測されたDIGの形状を説明するのに妥当な説明となるか？
• RQ4 一定の漏出率モデルと輝度依存の漏出率モデルのどちらが観測データによってより支持されるか？
• RQ5 DIGの全Hα輝度は、H II領域からの漏出だけですでに説明可能か、それとも追加の電離源が必要か？

主な発見

• H II領域からの電離光子漏出率を一定と仮定したモデルは、NGC 157における拡散イオン化ガスの観測されたHα表面輝度分布と良好に一致する。
• DIGの全積算Hα輝度に一致させるには、70%という一定の漏出率が必要であるが、これは物理的に不実在的である。
• 最良の適合モデルでは、低輝度H II領域に対しては20%の一定漏出率を、Hα輝度がLStrを超える領域に対しては上昇する漏出率を採用している。
• LStr未満のHα輝度を示す領域でさえも、DIGの電離に顕著な寄与をしているため、低輝度H II領域でも電離光子が漏れ出している必要がある。
• 最も輝度の高いH II領域からのみ漏出するモデルでは、低輝度領域が支配する北腕における観測されたDIG放射を再現できない。
• 結果は、H II領域がNGC 157における拡散イオン化ガスの主な、おそらく支配的な電離源であるという仮説を強く支持する。