[논문 리뷰] 3D spectroscopy with VLT/GIRAFFE - III: Mapping electron densities in distant galaxies

M. Puech, H. Flores외 2명|ArXiv.org|2006. 03. 21.

Scientific Research and Discoveries참고 문헌 32인용 수 10

한 줄 요약

이 연구는 VLT/GIRAFFE를 사용한 고해상도 적층형 스펙트로스코피를 통해 z ~ 0.55에서 떨어진 여섯 개의 은하에서 전자 밀도의 최초 3차원 맵을 제시한다. [OII] λ3729/3726 선비율을 분석함으로써 저자들은 CFRS03.0508에서 유동을 확인하고, LIRG인 CFRS03.9003에서 밀도 ~200 cm⁻³인 거대 HII 영역을 규명하여 현재의 8미터 망원경으로 고적색편이 은하의 은하간 매질(ISM) 조건을 탐색하는 것이 가능함을 보여준다.

ABSTRACT

We used the moderately high spectral resolution of FLAMES/GIRAFFE (R=10000) to derive electron densities from [OII] line ratios in 6 galaxies at z~0.55. These measurements have been done through the GIRAFFE multiple integral field units and are the very first mapping of electron densities in such distant objects. This allows us to confirm an outflow and identify the role of giant HII regions in galactic disks. Such measurements could be used in the future to investigate the nature of the physical processes responsible for the high star formations rates observed in galaxies between z~0.4 and z~1.

연구 동기 및 목표

• 현재의 8미터 망원경과 적층형 스펙트로스코피를 사용하여 고적색편이 은하에서 전자 밀도를 맵핑하는 것이 가능함을 입증하는 것.
• 특히 높은 항성 형성률과 관련하여 먼 은하의 이온화된 은하간 매질(ISM)의 물리적 조건을 조사하는 것.
• 거대 HII 영역과 유동이 z ~ 0.55에서 은하의 ISM 구조와 역학을 어떻게 형성하는지 탐색하는 것.
• 향후 고적색편이 은하에서 전자 밀도, 중성도, 항성 형성률 간의 관계를 연결하는 기초를 마련하는 것.

제안 방법

• 35개의 은하(z ~ 0.55)에서 [OII] 이중선 λλ3729,3726Å의 공간 해상도 스펙트럼을 확보하기 위해 FLAMES/GIRAFFE를 다중-IFU 모드로 사용하고, 스펙트럼 해상도 R ~ 10000을 확보함.
• 신호 대비 잡음 비율(SNR ≥ 8/스펙트럼 요소)과 충분한 공간 샘플링(≥6 픽셀)을 확보한 6개의 은하를 선별하여 신뢰할 수 있는 전자 밀도 맵핑을 수행함.
• 선형형태를 유지하기 위해 [OII] 이중선에 대한 가우시안 성분 피팅 이전에 Savitzky-Golay 필터링을 적용함.
• 관측된 선비율 r = 3729/3727Å를 사용하여 전자 밀도를 계산하였으며, 이는 Osterbrock & Ferland(2006)의 이론적 관계(r, Ne, Te 간)를 기반으로 보정하였고, 전자 온도에 대한 약한 의존성을 가짐.
• 데이터 큐브에 대해 5×5 공간 보간을 수행하여 전자 밀도, 속도, 속도 분산, [OII] 카운트의 스무딩 맵을 생성함.
• 은하형상 특징를 해석하고 항성 형성 영역을 특정하기 위해 HST/CFHT 이미징과 맵을 비교함.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 중간 해상도의 적층형 스펙트로스코피를 사용하여 8미터 망원경에서 고적색편이 은하(z ~ 0.55)의 전자 밀도를 신뢰성 있게 맵핑할 수 있는가?
• RQ2 먼 은하에서 전자 밀도의 공간 분포는 어떻게 되며, 유동이나 회전 디스크와 같은 운동학적 구조와 어떻게 상관관계가 있는가?
• RQ3 고밀도 영역은 거대 HII 영역 또는 상호작용 시스템에서 유도된 병합에 의한 항성 형성과 일치하는가?
• RQ4 관측된 전자 밀도는 z ~ 0.4–1에서 관측된 높은 항성 형성률과 어떻게 관련이 있는가?
• RQ5 낮은 공간 해상도, 먼지 흡수, 또는 복잡한 운동학적 시스템에서의 선형 프로필 혼합으로 인해 유도된 전자 밀도 맵이 얼마나 편향되어 있는가?

주요 결과

• 6개의 은하(z ~ 0.55)에서 전자 밀도 맵을 성공적으로 제작하였으며, 이는 현재의 IFU 기구를 사용한 먼 은하에서 최초의 3차원 맵핑이다.
• CFRS03.0508에서는 유동과 일치하는 영역에서 약 ~200 cm⁻³의 높은 전자 밀도를 관측하여, 그 존재를 확인하고 밀도가 높은 이온화 기체가 분출되고 있음을 시사한다.
• LIRG인 CFRS03.9003에서는 전자 밀도 ~200 cm⁻³인 거대 HII 영역을 규명하였으며, 이는 약 2 kpc에 걸쳐 퍼져 있고 높은 항성 형성률의 원인일 가능성이 높다.
• CFRS22.0504에서는 회전 디스크에서 중심과 가장자리에서 전자 밀도가 최고에 이르며, 항성 형성 펄스 영역과 일치하는 뚜렷한 고밀도 영역(67 cm⁻³)이 존재한다.
• 상호작용 시스템인 CFRS22.0919에서는 파고드는 꼬리에서 전자 밀도가 200 cm⁻³를 초과하며, 병합에 의한 충격으로 인한 강화된 이온화와 항성 형성과 일치한다.
• [OII] 카운트 맵은 LCG에서는 항성 형성이 중심의 파란 핵심 영역에 집중되어 있는 반면, 나선형 은하에서는 디스크 전반에 퍼져 있음을 보여주며, 중심에서 외곽으로 향하는 항성 형성의 반경 이동을 뒷받침한다.