[論文レビュー] The spiral galaxy M33 mapped in the FIR by ISOPHOT: A spatially resolved study of the warm and cold dust

H. Hippelein, M. Haas+5 more|ArXiv.org|Jun 26, 2003

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 29被引用数 55

ひとこと要約

本研究では、赤外宇宙望遠鏡（ISO）/ISOPHOT機器を用いて取得した済星銀河M33の空間分解能のある遠赤外線（FIR）マップを用い、暖かい（45 K）および冷たい（17 K）ほこり成分を分離した。その結果、暖かいほこりはOB星によって加熱される星形成領域を示しており、冷たいほこりはより均一に分布し、拡散した星間放射によって加熱されている。また、局所的な電波-FIR相関は、銀河全体のプロセスではなく、HII領域内での電子の閉じ込めに起因していることが示された。

ABSTRACT

The Sc galaxy M33 has been mapped with ISOPHOT in the far-infrared, at 60, 100, and 170mue. The spatial resolution of these FIR maps allows the separation of spiral arms and interarm regions and the isolation of a large number of star-forming regions. The spectral energy distribution in the FIR indicates a superposition of two components, a warm one originating from dust at ~45K, and a cold one, at ~16K. The warm component is concentrated towards the spiral arms and the star-forming regions, and is likely heated by the UV radiation from OB stars. The cold component is more smoothly distributed over the disk, and heated by the diffuse interstellar radiation. For the about 60 star-forming regions detected the H-alpha/FIR flux ratio increases significantly with the distance from the galaxy center, probably due to decreasing extinction. An anti-correlation of F_Ha/F_60 with F_170 suggests the intrinsic extinction to be related to the cold dust surface brightness according to A_V/S_170~0.03mag/MJy*sr. For the total galaxy the star formation rate (SFR) derived from the FIR is in agreement with that derived from the de-extincted H-alpha emission. For individual star-forming regions, a consistency between SFRs derived from the optical and from the FIR requires only a fraction of the UV radiation to be absorbed locally. The individual star-forming regions also show a local radio-FIR correlation. This local correlation is, however, due to quite different components than to those that lead to the well-known global radio-FIR correlation for entire galaxies.

研究の動機と目的

• 高分解能FIRデータを用いて、済星銀河における暖かいおよび冷たいほこり成分の空間的分布を分離すること。
• 光学および電波放射との空間的形状の比較を通じて、ほこり成分の加熱機構を調査すること。
• 赤方偏移補正を加えたFIRおよびHα放射から導かれる星形成率の整合性を、散乱効果を考慮して評価すること。
• 星形成領域における局所的電波-FIR相関の起源を調査し、銀河全体の電波-FIR相関と区別すること。

提案手法

• 赤外宇宙望遠鏡（ISO）のISOPHOT機器を用い、ラスタースキャンモードでM33の60、100、170 µmにおける深さのあるFIRマップを取得した。
• 天の川領域と南天領域の部分的マップを、スカイスブトラクションおよびモザイキング技術を用いて統合し、全ディスクおよび背景領域をカバーした。
• 銀河全体および個々の領域のスペクトルエネルギー分布（SED）に、2つの修正プランク関数（β ∝ λ⁻²）を適合させ、暖かいおよび冷たいほこり成分を分離した。
• Hα放射および電波データを用いて星形成率を相関付け、F_Hα/F_60の輝度比を用いて散乱効果を評価した。
• FIR、Hα、電波放射の空間的相関を分析し、局所的電波-FIR相関の起源を調査した。
• A_V/S_170 ∼ 0.03 mag MJy⁻¹ srの関係に基づく散乱モデルを適用し、星形成領域におけるほこりの散乱量を定量化した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 M33における暖かいおよび冷たいほこり成分の空間的分布は何か。それらは光学的および電波的放射とどのように相関するか。
• RQ2 暖かいおよび冷たいほこりの加熱機構はどのように異なり、OB星および拡散星間放射はそれぞれどのような役割を果たすか。
• RQ3 大質量星からのUV放射は、どの程度局所的にHII領域で吸収されるか。これは、FIRおよびHαから導かれる星形成率の整合性にどのように影響するか。
• RQ4 個々の星形成領域における局所的電波-FIR相関は、どのような要因によって生じるか。これは、銀河全体の電波-FIR相関とはどのように異なるか。
• RQ5 観測されたF_Hα/F_60比は、170 µmの表面輝度とどのように関係するか。これは、ほこりの散乱にどのような含意をもたらすか。

主な発見

• M33のFIR放射は、約45 Kの暖かいほこり成分で構成されており、スパイラルアームおよびHII領域に集中しており、主にOB星からのUV放射によって加熱されている。
• 約17 Kの冷たいほこり成分は、ディスク全体に均一に分布しており、拡散星間放射場によって加熱されている。
• Hα/FIR輝度比は、銀河中心からの距離が増すにつれて増加しており、外縁部で散乱が減少していることを示しており、A_V/S_170 ∼ 0.03 mag MJy⁻¹ srのほこり散乱関係と整合的である。
• FIRおよび散乱補正済みHα放射から導かれる星形成率は、全銀河全体で整合的であり、FIRに基づく星形成率推定の信頼性を支持している。
• 個々のHII領域において、光学的およびFIRの星形成率が整合的であることは、UV放射の一部しか局所的に吸収されていないことを示しており、顕著な放射の漏れがあると考えられる。
• 星形成領域では局所的な電波-FIR相関が存在するが、これは主に超新星残骸内での相対論的電子の閉じこめられ方および局所的ほこり吸収に起因しており、銀河全体の電波-FIR相関とは異なるメカニズムによって生じている。