[論文レビュー] The thermal and non-thermal gaseous halo of NGC5775

R. Tuellmann, R.‐J. Dettmar+3 more|arXiv (Cornell University)|Oct 13, 2000

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena被引用数 4

ひとこと要約

本研究は、NGC 5775のハローにおける分光および電波連続スペクトル観測を報告し、拡散電離ガス（DIG）がディスク面から9 kpcまで延びていることを明らかにした。運動学的特性は、高さ|z|における回転速度が系統的速度に低下することを示しており、光子電離モデルでは観測された線幅比を説明できない。代わりに、偏光電波放射およびHα/スパイラル構造との整合性から、磁気的再結合と双極磁場が、ハロー内の加熱および構造形成を支配している可能性がある。これは、銀河外吹き出しと磁場ダイナミクスに関する新たな知見を提供する。

ABSTRACT

In this letter we present first results from spectroscopic observations of Diffuse Ionized Gas (DIG) in the halo of NGC5775 obtained with FORS1 attached to UT1/Antu of the Very Large Telescope (VLT). At our slit position perpendicular to the disk (41" SE of the nucleus) the emission of [NII]6583, [OIII]5007, and [OII]3727 is detected out to 9 kpc into the halo, allowing possible ionization mechanisms of the DIG to be examined. Photoionization models which assume a dilute radiation field are able to fit the data for the disk, but they cannot account for the line ratios measured in the halo (e.g., [OI]/Halpha or [OII]/Halpha). In particular they fail to predict the observed increase of [OIII]5007/Halpha with increasing z. The most striking result concerns the kinematics of the halo gas. Velocities at high galactic latitudes drop from the midplane value to reach the systemic velocity at z ~ 9 kpc. An analysis of VLA archive data of the polarized radio-continuum emission at 4.86 GHz and 1.49 GHz reveals that magnetic fields in the halo have a strong component perpendicular to the disk and are aligned with the Halpha and radio-continuum spurs in the halo. This can result either from a strong wind action or, more likely, from the generation of dipolar magnetic fields. We briefly discuss the interrelation of the magnetic field structure and gas dynamics, in particular the role of magnetic fields in gas outflows, as well as the possible heating of DIG by magnetic reconnection.

研究の動機と目的

• 標準的な光子電離モデルを超えて、NGC 5775のハローにおける拡散電離ガス（DIG）の電離機構を調査すること。
• ハロー内ガスの運動学的挙動とその回転速度、系統的速度との関係を特定すること。
• VLAアーカイブデータからの偏光電波連続スペクトルを用いて、ハロー内の磁場構造を分析すること。
• 磁場、宇宙線、ガス力学の相互作用が、準平面外構造をどのように形作っているかを調査すること。
• 磁気的再結合がDIGの加熱と大規模磁場の組織化に果たす役割を評価すること。

提案手法

• Hα、[N ii] λ6583、[O iii] λ5007、[O ii] λ3727の分光観測は、VLTのFORS1を用いて、核から41″ SEの位置でディスクに垂直な6.8'-長のスリットをカバーした。
• データの減衰と解析には、IRAFおよびMIDASが用いられ、波長範囲は青帯で3500–5900Å、赤帯で5250–7400Åであり、分解能は約6Åであった。
• VLAアーカイブデータから、4.86 GHzおよび1.49 GHzの偏光電波連続スペクトルを抽出し、磁場ベクトルと全強度をマッピングした。
• 1.49 GHzの全強度マップに対して中央値フィルタリングを適用し、偏光ベクトルと一致するX字型のスパイラル構造を強調し、特徴を明確にした。
• 磁気的再結合による加熱率は、式 $ G_{\text{mag}} = B^2 v_A / 8\pi L $ を用いてモデル化された。ここで $ v_A $ はアルヴェーン速度、$ L $ は散逸長さであり、圧力平衡から $ B \geq 5\mu\text{G} $ を仮定した。
• 観測された線幅比、特に [O iii]/Hα および [O i]/Hα を基準に、光子電離モデルの妥当性を検証した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 なぜNGC 5775のハローにおける観測線幅比、特に [O iii]/Hα および [O i]/Hα は、標準的な光子電離モデルの予測を上回るのか？
• RQ2 なぜハロー内ガスの回転速度が、中面での値からz ≈ 9 kpcにおける系統的速度に低下するのか？
• RQ3 NGC 5775の準平面外Hαおよび電波連続スペクトルのスパイラル構造は、磁場構造とどのように関係しているのか？
• RQ4 磁気的再結合が、ハロー内拡散電離ガスの熱的状態を説明するのに十分な加熱を提供できるのか？
• RQ5 双極磁場または宇宙線のストリーミングは、ハロー内の大規模磁場および電離ガス構造の組織化にどのような役割を果たすのか？

主な発見

• Hα、[N ii] λ6583、[O iii] λ5007、[O ii] λ3727を用いて、拡散電離ガス（DIG）の発光がディスク面から9 kpcまで延びていることが示された。
• ハロー内ガスの回転速度はディスクの回転速度から低下し、z ≈ 6.0 kpcで系統的速度に達しており、これは遅い回転または吹き出しを示唆している。
• 希薄な放射場を仮定した光子電離モデルでは、観測された線幅比、特に|z|が増加するにつれて増大する[O iii]/Hαを再現できない。
• 偏光電波連続スペクトルは、ハロー内に強い垂直磁場成分を示しており、BベクトルはHαおよび電波スパイラルと一致している。
• 電波スパイラルと偏光ベクトルのX字型の形状は、おそらくダイナモ作用または風駆動プロセスによって生成された双極磁場幾何学を示唆している。
• 磁気的再結合は、DIGの加熱機構として妥当であると提唱され、$ B \geq 5\mu\text{G} $、$ n_e \approx 10^{-3} \text{cm}^{-3} $、$ L \sim \text{パーセク} $ の条件下で観測と整合する加熱率を示している。