[논문 리뷰] Chlorine in the Galactic ISM: Revised f-values with FUSE and STIS

Paule Sonnentrucker, S. D. Friedman외 1명|2006. 09. 05.

Spectroscopy and Laser Applications참고 문헌 16인용 수 15

한 줄 요약

이 논문은 중간 정도로 붉은 색을 띠는 별을 향한 고해상도 FUSE 및 STIS 관측을 통해 네 가지 약한 Cl I 흡수선(1004, 1079, 1090, 1094 Å)의 진동자 강도(f-values)를 재검토한다. 곡선-성장 분석을 통한 경험적 결정 결과, 측정된 f-values와 이론적 예측 간에 상당한 이질성—각각 약 3.1, 1.2, 2.4, 0.42 배의 요인—이 확인되었으며, 이는 Cl I가 희박한 우주간 구름 내 냉각된 분자형 수소를 추적하는 데 있어 신뢰할 수 있는 지표로 기능함을 뒷받 underlining한다.

ABSTRACT

Cl I is the atomic species most directly coupled to molecular hydrogen due to its chemistry. Its weakest lines are thereby probably the best tracer of optically thick H2 components in diffuse clouds. We report on the empirical determination of the oscillator strengths for four Cl I absorption lines predicted to be weak and often detected toward moderately reddened sight lines observed with the Far Ultraviolet Spectroscopic Explorer (FUSE). We compared our oscillator strength estimates with the oscillator strength calculations listed in Morton (2003). We find that our empirical oscillator strength values for the Cl I 1004, 1079, 1090 and 1094 A lines differ from the theoretical predictions by factors of ~3.1, 1.2, 2.4 and 0.42, respectively. We briefly discuss the value of Cl I as tracer of molecular gas for our star sample.

연구 동기 및 목표

• 희박한 우주간 구름 내에서의 분자형 수소 추적 가능성을 높이기 위해, 근적외선 영역의 네 가지 약한 Cl I 선(1004, 1079, 1090, 1094 Å)의 정확한 진동자 강도(f-values)를 경험적으로 결정하는 것.
• 우주간 매질 내 관측된 선 강도와 Morton(2003)의 이론적 f-values 간의 괴리를 해결하는 것.
• 광분해 또는 분수화 영향 없이도 냉각된 분자형 수소를 추적할 수 있도록 Cl I의 신뢰성을 향상시키는 것.
• 은하계 ISM 내 염소 기체 농도 및 천체 화학 농도를 보다 정확히 추정할 수 있도록 하는 것.
• 추가적인 중간 정도로 붉은 색을 띠는 별을 대상으로 한 기록된 FUSE 데이터를 활용해 재검토된 f-values의 탄탄함을 검증하는 것.

제안 방법

• 세 개의 프로그램 별(HD91597, HD220057, HD108)과 세 개의 기록된 별(HD185418, HD206267, HD210839)을 향한 고감도 FUSE 및 STIS 스펙트럼을 확보하였다.
• 약한 선의 최적 탐지 가능성을 확보하기 위해 FUSE에서 FP-split 기법을 사용하여 해상도 요소당 S/N ≥ 30을 확보하였다.
• 실험적으로 결정된 f-values를 가진 1347 Å 및 1097 Å 선을 기준선으로 삼아 총 Cl I 기체 농도를 유도하기 위해 곡선-성장 분석을 수행하였다.
• CalFUSE 파이프라인(v3.0.8)을 사용해 FUSE 스펙트럼을 보정하고 통합하였으며, 노출 간의 정렬을 위해 교차상관을 적용하였다.
• 지구 중심 속도 보정 및 연속선 피팅을 수행하여 등가폭을 정확히 측정하였다.
• 곡선-성장 피팅을 통해 유도된 경험적 f-values를 Morton(2003)의 이론적 값과 비교하여 격차를 평가하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 Cl I 선의 경험적 f-values(1004, 1079, 1090, 1094 Å)는 Morton(2003)의 이론적 예측과 어떻게 비교되는가?
• RQ2 이론적 및 경험적 f-values 간의 격차가 Cl I 기체 농도 추정치와 H2 농도 추정치에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 CO가 광학 두께가 두꺼운 경우에도 Cl I 선은 냉각된 분자형 수소를 추적하는 데 신뢰할 수 있는 지표가 될 수 있는가?
• RQ4 다양한 붉은 색 강도와 신호 대 잡음비를 가진 여러 시선 방향에서 재검토된 f-values의 탄력성은 어떠한가?
• RQ5 포화 및 혼합 현상이 표준 f-values를 사용한 Cl I 기체 농도 측정 정확도에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• Cl I 1004 Å 선의 경험적 f-value는 Morton(2003)의 이론적 값보다 약 3.1배 낮아, 이전 모델에서의 상당한 과소평가를 시사한다.
• Cl I 1079 Å 선의 f-value는 이론적 예측과 매우 유사하여 오직 1.2배의 차이를 보이며, 이는 이 전이의 높은 신뢰성을 시사한다.
• Cl I 1090 Å 선은 경험적 f-value가 이론적 값보다 약 2.4배 높아, 이전의 기체 농도 추정치가 기울어졌을 가능성이 있음을 시사한다.
• Cl I 1094 Å 선은 경험적 f-value가 이론적 값의 0.42배에 불과하여, 이론적 값이 그 강도를 약 2.4배 과대평가하고 있음을 나타낸다.
• 재검토된 f-values는 다양한 시선 방향에서 여러 선으로부터 도출된 Cl I 기체 농도의 일관성을 크게 향상시켰으며, 특히 1347 Å 및 1097 Å 선과 함께 사용할 경우 더욱 두드러진다.
• 재검토된 f-values를 사용한 곡선-성장 피팅 결과, 모든 여섯 개의 시선 방향에서 일관된 Cl I 기체 농도가 도출되었으며, 새로운 f-values의 탄탄함을 확인하였다.