[論文レビュー] The VLT-FLAMES Tarantula Survey. IX. The interstellar medium seen through Diffuse Interstellar Bands and neutral sodium

J. Th. van Loon, Melanie J. Bailey+12 more|UvA-DARE (University of Amsterdam)|Oct 16, 2012

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 64被引用数 47

ひとこと要約

本研究では、VLT-FLAMES Tarantula Survey から得られた 800 以上の早期星の高分解能分光測定を用い、タランチュラ星雲およびその周辺の星間物質における拡散性星間バンド（DIBs）および中性ナトリウム（Na i）吸収をマッピングした。4428 Å の DIB は過酷な放射線に対して耐性があることから、大規模で中性のキャリアであると示唆されるが、他の DIB（例：5780、5797、6614 Å）は露出された領域で徐々に破壊されることから、より小さく壊れやすく、おそらく帯電しているキャリアであると示唆される。また、データは R 136 の周囲に殻構造を示し、ガスの流入の証拠も得られ、銀河のフォンテーヌン機構が存在すると示唆される。

ABSTRACT

The Tarantula Nebula (30 Dor) is a spectacular star-forming region in the Large Magellanic Cloud, seen through gas in the Galactic Disc and Halo. Diffuse Interstellar Bands offer a unique probe of the diffuse, cool-warm gas in these regions. The aim is to use DIBs as diagnostics of the local interstellar conditions, whilst at the same time deriving properties of the yet-unknown carriers. Spectra of over 800 early-type stars from the VLT Flames Tarantula Survey (VFTS) were analysed. Maps were created, separately, for the Galactic and LMC absorption in the DIBs at 4428 and 6614 Ang and - in a smaller region near the central cluster R136 - neutral sodium (Na I D); we also measured the DIBs at 5780 and 5797 Ang. The maps show strong 4428 and 6614 Ang DIBs in the quiescent cloud complex to the south of 30 Dor but weak absorption in the harsher environments to the north (bubbles) and near the OB associations. The Na maps show at least five kinematic components in the LMC and a shell-like structure surrounding R136, and small-scale structure in the Milky Way. The strengths of the 4428, 5780, 5797 and 6614 Ang DIBs are correlated, also with Na absorption and visual extinction. The strong 4428 Ang DIB is present already at low Na column density but the 6614, 5780 and 5797 Ang DIBs start to be detectable at subsequently larger Na column densities. The relative strength of the 5780 and 5797 Ang DIBs clearly confirm the Tarantula Nebula and Galactic high-latitude gas to represent a harsh radiation environment. The resilience of the 4428 Ang DIB suggests its carrier is large, compact and neutral. Structure is detected in the distribution of cool-warm gas on scales between one and >100 pc in the LMC and as little as 0.01 pc in the Sun's vicinity. Stellar winds from the central cluster R136 have created an expanding shell; some infalling gas is also detected, reminiscent of a galactic "fountain".

研究の動機と目的

• 拡散性星間バンド（DIBs）および中性ナトリウム（Na i）を用いて、タランチュラ星雲および銀河ヒールディスクにおける冷却・温い星間物質（ISM）の物理的状態を調査すること。
• 多様な ISM 環境における DIB 強度、Na i 積算密度、視覚的減光（E(B−V)）、放射環境との関係を調査すること。
• 特に大質量 OB 集団に近い過酷な環境において、DIB キャリアの性質を、星間減光およびイオン化状態との相関を分析することで特定すること。
• DIB および Na i 吸収プロファイルを用いて、大マゼラン雲（LMC）およびミルキーウェイにおける星間物質の運動学的構造をマッピングすること。

提案手法

• VLT-FLAMES Tarantula Survey（VFTS）から得られた 800 以上の早期星の高分解能分光測定を用い、複数の視線方向に沿った DIB および Na i 吸収を測定した。
• スペクトル解析では、4428 Å、5780 Å、5797 Å、6614 Å の DIB および Na i D 二重線（5890、5896 Å）に注目し、各特徴量の等価幅を測定した。
• 測定結果を調査領域全体にわたって統合して DIB および Na i 吸収の空間マップを構築し、速度分解能を用いた成分分解により運動学的構造を特定した。
• 統計解析を用いて、DIB 強度、Na i 積算密度、視覚的減光（E(B−V)）、および局所的放射環境との相関関係を定量化した。
• Hα、[O iii]、および遠赤外（far-IR）ダスト放射マップと比較することで、DIB キャリアと異なる ISM 階層との関係を評価した。
• Na i および DIB プロファイルの運動学的分解により、R 136 の周囲に殻構造が特定され、拡張とおそらくは流入の兆候があることが示された。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 異なる DIB の強度は、変動する放射環境下での星間減光および Na i 積算密度とどのように相関するか？
• RQ2 DIB キャリアが放射線に対して示す相対的な耐性は、その物理的サイズ、電荷状態、分子構造について何を示唆するか？
• RQ3 DIB および Na i 吸収プロファイルを通じて、タランチュラ星雲の ISM に、殻構造や流入といった運動学的構造がどのように明らかされるか？
• RQ4 LMC および銀河ヒールディスクにおける DIB キャリアの分布は、ダストおよびイオン化ガスの分布とどのように比較されるか？
• RQ5 DIB ラベル比（例：5780/5797 Å）は、LMC とミルキーウェイとの間の金属量や放射場の違いをどのように示すか？

主な発見

• 4428 Å の DIB は、低 Na i 積算密度でも検出可能であり、キャリアが大規模でコンパクトかつ中性であり、イオン化放射線に対して極めて耐性があることを示している。
• 6614、5780、5797 Å の DIB は、より高い Na i 積算密度でしか検出されないため、キャリアが小さく壊れやすく、おそらく弱く帯電している可能性がある。
• 5780 および 5797 Å の DIB は、タランチュラ星雲および銀河の高緯度領域で相対的に弱く、これらの領域が過酷な放射環境であることを確認している。
• R 136 クラスタの周囲に、質量約 10² M⊙、拡張速度約 40 km s⁻¹ の拡張ガスの殻構造が検出された。これは星風によって駆動されている可能性が高い。
• ガスの流入の証拠が観測され、LMC に銀河的「フォンテーヌン」サイクルが存在し、高温および冷却ガスの間を物質が循環している可能性が示唆された。
• DIB は Na i よりも冷却・温い中性または弱くイオン化されたガスをより効果的にトレースしており、太陽系近傍では 0.01 pc、LMC では約 1 pc のスケールの微細構造を明らかにした。