[논문 리뷰] DI in the outer Galaxy

Jayaram N. Chengalur, Róbert Braun외 1명|arXiv (Cornell University)|1997. 01. 13.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena인용 수 5

한 줄 요약

이 연구는 은하 반중심 방향으로 웨스터보르크 합성 전파망원경을 사용하여 327 MHz에서 디테륨 수소화합물(DI)의 고체 전이를 탐지하기 위한 깊은 전파 조사 결과를 제시한다. 낮은 유의성(4σ) 탐지가 이전 보고와 일치하나, 유도된 디테륨 대 수소 비율(N_D/N_H = 3.9±1.0×10⁻⁵)은 초기 우주 및 고적색도 우주에서의 라이만-한계 시스템의 원소 농도와 일치하여, 은하 외부 지역의 저별성 형성 영역에서의 탈착이 최소한임을 시사한다.

ABSTRACT

We report on a deep search with the Westerbork Synthesis Radio Telescope towards the galactic anticenter for the 327 MHz hyperfine transition of DI. This is a favorable direction for a search because: (i) the HI optical depth is high due to velocity crowding; (ii) the observed molecular column density is low (implying that most of the deuterium would probably be in atomic form, rather than in HD); and (iii) the stellar reprocessing should be minimal. Our observations are about a factor of two more sensitive than previous searches for DI in this direction. We detect a low significance (about 4 sigma) feature, consistent in both amplitude and center frequency with an emission feature reported previously (Blitz & Heiles 1987). If this is the DI line, then the implied N_D/N_H of 3.9+/-1.0 x 10^-5 is comparable to the inferred pre-solar deuterium abundance. Our observation is consistent with the recent low measurements of D/H towards high-redshift Lyman-limit systems. On the other hand, if the reports of high DI abundance (about 24 x 10^-5) in such systems are confirmed, then our observations imply that even in regions of reduced star formation within the outer Galaxy, the DI abundance has been reduced by a factor of about 6 from the primordial abundance.

연구 동기 및 목표

• 고감도 전파 관측을 통해 은하 외부 지역에서 327 MHz에서의 디테륨(DI) 고체 전이를 탐지하기.
• 저별성 형성 영역과 최소한의 항성 재처리가 일어난 영역에서의 디테륨 대 수소 농도 비율(N_D/N_H) 평가하기.
• 은하 외부 지역의 디테륨 농도가 초기 우주 또는 고적색도 값과 일치하는지 테스트하기.
• 은하 반중심 방향으로 이전의 감도 한계를 향상시키기.

제안 방법

• 은하 반중심 방향으로 327 MHz에서 웨스터보르크 합성 전파망원경을 사용하여 깊은 관측을 수행하였다.
• 327 MHz에서 디테륨(DI)의 고체 전이를 타겟으로 하였으며, 이 주파수는 높은 HI 광학 두께와 낮은 분자 기저 밀도로 인해 유리하다.
• 항성 재처리가 최소이며 속도가 혼잡하지 않은 시선을 선택하여 DI 탐지 가능성 향상.
• 이전의 이 방향에서의 탐지보다 감도 약 2배 향상.
• 기대 주파수 및 속도에서 DI 선과 일치하는 방출 특징을 데이터에서 분석.
• 특히 1987년 블리츠 및 힐레스 보고와 비교하여 일관성 평가.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 현재 전파망원경으로 은하 외부 지역에서 327 MHz에서의 디테륨 고체 전이가 탐지 가능한가?
• RQ2 은하 외부 지역의 저별성 형성 영역에서의 디테륨 대 수소 농도 비율(N_D/N_H)은 얼마인가?
• RQ3 측정된 D/H 비율은 초기 우주의 값과 고적색도 라이만-한계 시스템에서 추정된 값과 어떻게 비교되는가?
• RQ4 항성 처리로 인해 은하 외부 지역에서 디테륨이 얼마나 탈착되었는가?

주요 결과

• 기대 주파수 및 속도에서 낮은 유의성(약 4σ)의 방출 특징이 탐지되었다.
• 탐지된 특징의 진폭과 중심 주파수는 블리츠 및 힐레스(1987)가 이전에 보고한 신호와 일치한다.
• 만약 확정된다면 유도된 N_D/N_H 비율은 3.9±1.0×10⁻⁵이며, 이는 사전 태양계 디테륨 농도에서 유추된 값과 일치한다.
• 최근 고적색도 라이만-한계 시스템에서의 낮은 D/H 측정치와도 일치한다.
• 만약 고적색도 시스템에서의 높은 D/H 값(~24×10⁻⁵)이 확인된다면, 은하 외부 지역 측정 결과는 초기 우주 수준에서 약 6배 감소한 D/H를 암시한다.
• 관측 결과는 심지어 별성 형성이 감소한 영역에서도 디테륨 농도가 상당히 탈착되어 있음을 시사하지만, 은하 중심부보다는 덜 심각하다.