[論文レビュー] The WSRT wide-field HI survey: II. Local Group features

Róbert Braun, David A. Thilker|ArXiv.org|Dec 12, 2003

Astrophysical Phenomena and Observations参考文献 37被引用数 87

ひとこと要約

本論文は、ローカル団銀内の高速ガスをマップするために、ウェスターブルク合成電波望遠鏡を用いた広視野のH i調査を提示する。95個の離散的高速ガス雲（HVC）成分を検出するとともに、M31、M33、およびマゼラン帯に関連する拡散的H i構造を同定した。この調査は18 mJy/beamの感度に達し、M31とM33を結ぶ微弱なH i線形構造を発見した。これは温・高温銀間銀河媒体を示唆する可能性があり、投影的指数スケール長は25 kpc、ピーク面密度は5×10¹⁷ cm⁻²であった。

ABSTRACT

We have used the WSRT to carry out an unbiased wide-field survey of HI emission features, achieving an RMS sensitivity of about 18 mJy/Beam at a velocity resolution of 17 km/s over 1800 deg^2. In this paper we present our HI detections at negative velocities which could be distinguished from the Galactic foreground. Fully 29% of the entire survey area has high velocity HI emission with N_HI exceeding our 3 sigma limit of about 1.5x10^17cm^-2 over 30 km/s. A faint population of discrete HVCs is detected in the immediate vicinity of M31 which spans a large fraction of the M31 rotation velocity. This class of features is confined to about 12 deg (160 kpc) projected radius of M31 and appears to be physically associated. We detect a diffuse northern extension of the Magellanic Stream (MS) from at least Dec=+20 to +40 deg., which then loops back toward the south. Recent numerical simulations had predicted just such an MS extension corresponding to the apo-galacticon portion of the LMC/SMC orbit at a distance of 125 kpc. A faint bridge of HI emission appears to join the systemic velocities of M31 with that of M33 and continues beyond M31 to the north-west. This may be the first detection of HI associated with the warm-hot intergalactic medium (WHIM). The distribution of peculiar velocity HI associated with M31 can be described by a projected exponential of 25 kpc scale-length and 5x10^17cm^-2 peak column density. We present the distribution function of N_HI in the extended M31 environment, which agrees well with the low red-shift QSO absorption line data over the range log(N_HI)=17.2 to 21.9. Our data extend this comparison about two orders of magnitude lower than previously possible and provide the first image of the Lyman limit absorption system associated with an L* galaxy. (abridged)

研究の動機と目的

• 銀河の前景に起因する干渉を除いた、ローカル団銀における偏りのない広視野H i調査を実施し、高速ガス特徴を検出すること。
• もしHVCが準銀河サイズのダークマター衛星のガス的同等体であるならば、M31周辺に明るさが低く、ダークマターで支配されるHVCが存在するという予測を検証すること。
• M31周辺の広がったH i分布をマッピングし、低赤方偏移QSO吸収ラインデータと比較すること。
• マゼラン帯とM31の運動的・空間的関連性を調査し、延長部を含む可能性を検討すること。

提案手法

• 17 km s⁻¹の速度分解能と49′ FWHMのビームを有するウェスターブルク合成電波望遠鏡を用いて、1800 deg²のH i調査を実施した。
• rms感度は18 mJy/beamに達し、17 km s⁻¹の速度幅で、約4×10¹⁶ cm⁻²の面密度感度に相当する。
• H i放射を-1000から+6500 km s⁻¹の速度範囲で、自己相関スペクトルを用いて検出した。
• ソース検出アルゴリズムと空間的・スペクトル的分解を用いて、離散的HVC成分と拡散的H i複合体を同定した。
• M31関連の特徴について、独立した確認のためグリーン・バンク望遠鏡データと照合した。
• 観測されたH i面密度分布を、低赤方偏移QSO吸収ラインデータと比較し、M31周辺の広がったH i環境の妥当性を検証した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ダークマター衛星仮説に従えば、M31周辺に明るさが低く、多数の高輝度HVCが存在するが、そのような特徴は実際に確認できるか？
• RQ2 M31に関連するH iガスの空間的・運動的構造は何か？ これはL*銀河のリューマン限界吸収系とどのように比較できるか？
• RQ3 マゼラン帯は既知の南側部分を越えて延長しており、M31またはM33に接続しているか？
• RQ4 M31とM33を結ぶH i放射の証拠はあり、温・高温銀間銀河媒体をトレースする可能性があるか？
• RQ5 フラックス密度分布から示唆される、離散的HVC集団の特徴的な質量および距離スケールは何か？

主な発見

• 調査領域の29%が、30 km s⁻¹の速度幅で1.5×10¹⁷ cm⁻²を超えるH i面密度を示し、広範囲に広がったガスの存在を示している。
• 合計で95個の離散的HVC成分が検出され、既知の成分を10倍以上も上回った。
• 12 Jy-km s⁻¹付近にHVCフラックス密度分布に曲がり（インフレクション点）が観測され、この集団の特徴的な質量および距離スケールが示唆された。
• M31からM33にかけて、微弱なH i線形構造が延びており、さらに西北方向へ延長している。これは温・高温銀間銀河媒体をトレースしている可能性がある。
• M31周辺のH i分布は、25 kpcのスケール長を持つ投影的指数プロファイルに従っており、ピーク面密度は5×10¹⁷ cm⁻²であった。
• M31環境における観測されたH i面密度関数は、log(N_HI) = 17.2から21.9の低赤方偏移QSO吸収ラインデータとよく一致しており、面密度が2桁低い範囲まで比較が拡張された。