[論文レビュー] The vertical extent and kinematics of the HI in NGC 2403

W. E. Schaap, R. Sancisi+1 more|arXiv (Cornell University)|Mar 13, 2000

Astrophysics and Star Formation Studies被引用数 3

ひとこと要約

本研究では、NGC 2403がその薄いディスクの上に垂直方向に広がり、ゆっくり回転するHI層を有すると提案している。この構造は、系統的システム速度方向への広がりを示す観測された非対称なHIラインプロファイルを説明する。3次元運動論的モデリングにより、2成分構造（薄いディスク（FWHM ~1 kpc）と遅く回転する厚い層（25 km s⁻¹遅い））がデータに最もよく適合することが判明し、星形成によって駆動される銀河フレーム・フローが、広がり、ゆっくり回転するハロー状のガスを説明すると考えられる。

ABSTRACT

The neutral hydrogen line profiles along the major axis of the nearby spiral galaxy NGC 2403 show a wing towards the sytemic velocity. This asymmetry can be explained with the presence of an abnormally thick HI disk (FWHM ~ 5 kpc) or with a two-component structure: a thin disk and a slowly rotating, thicker (1-3 kpc) HI layer. The latter model gives a better representation of the observations. These results throw a new light on the disk-halo connection. In particular, the decrease of rotational velocity with height above the plane may be the result of a galactic fountain flow. A vertically extended, slowly rotating HI layer may be common among spiral galaxies with high levels of star formation.

研究の動機と目的

• NGC 2403の非対称なHIラインプロファイルの起源を解明すること。特に、システム速度方向への広がりを示す。
• 観測された非対称性が、厚いHIディスクか、2成分構造（薄いディスク＋広がりのある層）に起因するかを特定すること。
• 特に垂直方向の速度勾配と回転曲線を含む、HI分布の運動論的および構造的性質を評価すること。
• 観測されたHI構造が、星形成活動によって駆動される銀河フレームモデルと整合するかを評価すること。
• NGC 891のような縁側銀河のHI運動論と比較し、厚みがありゆっくり回転するハロー成分の普遍性を評価すること。

提案手法

• Westerbork電波望遠鏡からの高分解能HIデータを用いて、NGC 2403のHI密度および運動論的特性の3次元モデルを構築した。
• FWHMが最大5 kpcまでの単一の厚いディスクモデルと、さまざまな厚さと回転速度を持つ2成分構造（薄いディスク＋厚い層）の両方をテストした。
• 観測解像度（45''ビーム、8.2 km s⁻¹の速度分解能）を再現するため、ビーム畳み込みを適用し、モデル予測と観測された位置-速度図を比較した。
• 観測されたHIプロファイルとモデル化されたプロファイルの残差を最小化することで、モデルパラメータを最適化した。特に、ラインの外側の非対称性に注目した。
• 観測された密度対比を再現するため、薄いディスク対厚いディスクの面密度比を4:1（最適）および6:1（より厚い層の場合）とした。
• 25 km s⁻¹および最大50 km s⁻¹の速度低下を用いて、広がりのある外側のプロファイルを再現するために必要な回転速度の低下を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 NGC 2403のHIラインプロファイルに見られる系統的非対称性、特にシステム速度方向への広がりは、何によって引き起こされるのか？
• RQ2 観測された非対称性は、一様に回転する厚いHIディスクか、ゆっくり回転するハローを有する2成分構造のどちらによって最もよく説明されるか？
• RQ3 NGC 2403のディスク上空におけるHI成分の垂直方向の広がりと運動論的構造は何か？
• RQ4 観測されたHI運動論的特性は、星形成のフィードバックによって上昇・下降するガスを含む銀河フレームモデルによって説明可能か？
• RQ5 NGC 2403のHI構造は、NGC 891のような他のスパイラル銀河と比較してどのように異なるか？

主な発見

• NGC 2403の観測されたHIラインプロファイルの非対称性は、薄いディスクと垂直方向に広がり、ゆっくり回転するHI層を有する2成分構造によって最もよく説明される。
• FWHMが1 kpcの厚いHI層と、ディスクに対して25 km s⁻¹遅い回転速度を持つモデルが、観測された位置-速度図に最もよく適合した。
• FWHMが最大3.5 kpcまでのより厚い層と25 km s⁻¹の速度低下を持つモデルも良好に適合したが、それにはより高い薄いディスク対厚いディスクの面密度比（6:1）が必要だった。
• 単一の厚いディスクモデルでは、物理的に不自然な広がり（FWHM ~5 kpc）を必要とし、観測されたプロファイル形状を再現できなかった。
• 中心付近の低レベルの外側の翼がほぼシステム速度まで延びており、これを完全に説明するには少なくとも50 km s⁻¹の速度低下が必要だった。
• ゆっくり回転する広がりのあるHI層の存在は、特にNGC 2403のように高い星形成率を示す銀河において、銀河フレームモデルと整合的である。