[논문 리뷰] An H-alpha survey aiming at the detection of extraplanar diffuse ionized gas in halos of edge-on spiral galaxies. I. How common are gaseous halos among non-starburst galaxies?

Joern Rossa, R.‐J. Dettmar|ArXiv.org|2003. 04. 24.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 41인용 수 65

한 줄 요약

이 연구는 74개의 경사진 나선파라지아 은하에 대한 H𝛼 조사로, 성폭발이 아닌 은하에서 외부 평면 흩어진 이온가스(eDIG)의 퍼짐 정도를 규명한다. H𝛼 영상 분석을 통해, 충분한 항성 형성 활동을 보이는 은하에서는 eDIG 고리가 흔히 관측되며, 감지 가능한 eDIG의 기준으로 (3.2±0.5)×10⁴⁰ erg s⁻¹ kpc⁻²의 항성 형성률 표면 밀도를 확인한다. 이는 디스크 항성 형성과 고리 내 이온화 현상 간의 직접적 연관성을 뒷받침한다.

ABSTRACT

In a series of two papers we present results of a new H-alpha imaging survey, aiming at the detection of extraplanar diffuse ionized gas in halos of late-type spiral galaxies. We have investigated a sample of 74 nearby edge-on spirals, covering the northern and southern hemisphere. In 30 galaxies we detected extraplanar diffuse emission at mean distances of |z|~1-2 kpc. Individual filaments can be traced out to |z|<= 6 kpc in a few cases. We find a good correlation between the FIR flux ratio (S_60/S_100) and the SFR per unit area (L_FIR/D^2_25), based on the detections/non-detections. This is actually valid for starburst, normal and for quiescent galaxies. A minimal SFR per unit area for the lowest S_60/S_100 values, at which extended emission has been detected, was derived, which amounts to (dE/dt)_A25^thres = (3.2+-0.5)x10E+40 erg/s/kpc^2. There are galaxies where extraplanar emission was detected at smaller values of L_FIR/D^2_25, however, only in combination with a significantly enhanced dust temperature. The results corroborate the general view that the gaseous halos are a direct consequence of SF activity in the underlying galactic disk.

연구 동기 및 목표

• 비성폭발, 경사진 나선파라지아 은하에서 외부 평면 흩어진 이온가스(eDIG) 고리가 얼마나 흔한지 규명하기 위해.
• 은하 디스크의 항성 형성 활동과 고리 내 eDIG 존재 간의 상관관계를 조사하기 위해.
• eDIG 감지를 위한 항성 형성률 표면 밀도(SFR 단위 면적당)의 정량적 기준을 설정하기 위해.
• 먼지 온도 상승이 낮은 SFR 은하에서 eDIG 감지 기준 이하에서도 감지를 가능하게 할 수 있는지 평가하기 위해.
• 초기형 및 후기형 나선파라지아를 포함해 광범위한 적외선 전체광도(FIR) 및 허블 유형을 포함하는 편향 없는 표본을 제공하기 위해.

제안 방법

• 칠레의 ESO 망원경과 칼라아르토에서 74개의 근접한 경사진 나선파라지아 은하에 대해 깊은 H𝛼 협폭 영상 촬영을 수행하였다.
• 디스크 평면에서 수직 거리 |z|까지 6 kpc까지 H𝛼 복사량과 표면 밝기를 측정하여 확장된 이온화 방출을 감지하였다.
• 은하의 25등급 등고선 직경(D_25)과 적외선 전체광도(L_FIR)를 사용하여 단위 면적당 항성 형성률(SFR)을 계산하였다.
• 먼지 온도와 항성 형성 효율을 나타내는 지표로 FIR 복사비 S_60/S_100을 계산하였다.
• 감지 및 비감지 결과의 통계 분석을 통해 eDIG가 감지되지 않는 기준 SFR 표면 밀도(L_FIR/D²_25)를 정의하였다.
• 기존의 표본(성폭발 포함)과 결과를 비교하여 기준의 타당성과 일반성 평가를 수행하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 비성폭발, 경사진 나선파라지아 은하 중 얼마나 많은 비율이 감지 가능한 외부 평면 흩어진 이온가스(eDIG) 고리를 가질까?
• RQ2 감지 가능한 eDIG가 없는 SFR 표면 밀도(단위 면적당 SFR)의 최소 기준이 존재하는가?
• RQ3 eDIG가 있는가 없는가에 따라, S_60/S_100의 FIR 복사비와 SFR 단위 면적당 값 간의 상관관계는 어떻게 되는가?
• RQ4 낮은 SFR 은하에서 먼지 온도가 상승하면 기준 이하에서도 eDIG 감지를 가능하게 할 수 있는가?
• RQ5 다양한 허블 유형과 FIR 광도를 가진 은하에서 디스크-고리 연결 고리가 항성 형성 활동에 의해 일관되게 유지되는가?

주요 결과

• 외부 평면 흩어진 이온가스(eDIG)는 수직 거리 |z| ≈ 1–2 kpc에서 74개의 경사진 나선파라지아 은하 중 30개에서 감지되었다.
• 몇몇 사례에서는 eDIG 필라멘트가 |z| ≤ 6 kpc까지 연장되어 고리로의 에너지 및 질량 이동이 상당함을 시사한다.
• 감지되지 않는 기준으로 (3.2±0.5)×10⁴⁰ erg s⁻¹ kpc⁻²의 SFR 표면 밀도가 유의미하게 도출되었다.
• 이 기준 이하의 SFR 표면 밀도에서 eDIG 감지를 발견한 경우, 먼지 온도가 상당히 증가한 경우에만 관측되었다.
• S_60/S_100의 FIR 복사비와 SFR 단위 면적당 값(L_FIR/D²_25) 간에 강력한 상관관계가 발견되었으며, 이는 성폭발, 정상, 침체 은하 모두에 적용 가능하였다.
• 결과는 eDIG 고리가 은하 디스크의 항성 형성 활동의 직접적 결과이며, 초신성 폭발과 항성 바람으로부터 유도된 에너지 및 운동량이 이온화 외출을 이끄는 가설을 지지한다.