[논문 리뷰] Diffuse interstellar bands in the HII region M17: Insights into their relation with the total-to-selective visual extinction $R_V$

M. C. Ramírez-Tannus, N. L. J. Cox외 2명|UvA-DARE (University of Amsterdam)|2018. 08. 30.

Astrophysics and Star Formation Studies참고 문헌 66인용 수 5

한 줄 요약

이 연구는 HII 영역 M17에서의 산산이 흩어진 은하간 밴드(DIBs)를 조사하여, 시각적 투과도로 정규화된 DIB 강도(EW/A_V)가 R_V^(-1)과 선형 상관관계를 보임을 발견하였다. 이는 두 가지로 나누어진 DIB 그룹을 드러내며, 하나는 DIB 강도에 비례하는 R_V 민감도를 가지며, 다른 하나는 강도와 무관하게 높고 일정한 민감도를 가지는 것으로 나타났다. 이러한 결과는 DIB 운반체가 은하간 먼지와 깊이 연관되어 있으며, 먼지 입자 크기 변화에 대한 서로 다른 반응을 보이는 것으로부터 다양한 운반체 특성을 시사한다.

ABSTRACT

Diffuse interstellar bands (DIBs) are broad absorption features measured in sightlines probing the diffuse interstellar medium. Although large carbon-bearing molecules have been proposed as the carriers producing DIBs, their identity remains unknown. The sight line to the young massive star-forming region M17 shows anomalous extinction in the sense that the total-to-selective extinction parameter differs significantly from the average Galactic value and may reach values $R_{V} > 4$. Given the high $R_V$ values, we investigate whether the DIBs in sight lines towards young OB stars in M17 show a peculiar behaviour. We measure the properties of the most prominent DIBs in M17 and study these as a function of $E(B-V)$ and $R_{V}$. The DIB strengths in M17 concur with the observed relations between DIB equivalent width and reddening $E(B-V)$ in Galactic sight lines. For several DIBs we discover a linear relation between the normalised DIB strength EW/$A_{V}$ and $R_{V}^{-1}$. These trends suggest two groups: (i) a group of ten moderately strong DIBs that show a sensitivity to changes in $R_{V}$ that is modest and proportional to DIB strength, and (ii) a group of four very strong DIBs that react sensitively and to a similar degree to changes in $R_{V}$, but in a way that does not appear to depend on DIB strength. The DIB behaviour as a function of reddening is not peculiar in sight lines to M17. Also, we do not detect anomalous DIB profiles as seen in Her 36. DIBs are stronger, per unit visual extinction, in sight lines characterised by a smaller value of $R_{V}$ (large fraction of small dust particles). New relations between extinction normalised DIB strengths, EW/$A_V$, and $R_V$ support the idea that DIB carriers and interstellar dust are connected. Given the distinct behaviour of two groups of DIBs, different types of carriers do not necessarily relate to the dust grains in a similar way.

연구 동기 및 목표

• M17 방향의 고R_V 시선에서 DIBs가 일반적인 은갈계 DIBs와 비교해 이례적인 행동을 보이는지 조사하기.
• 시각적 투과도로 정규화된 DIB 강도와 총 투과도 대 선택적 투과도 비율 R_V 사이의 관계를 검토하기.
• M17에서의 DIB 행동이 DIB 운반체가 먼지 입자 성질과 연결된 기존 모델을 지지하는지 또는 도전하는지 판단하기.
• 높은 R_V 값을 가진 별 형성 영역에서 관측된 DIB-R_V 경향을 설명할 수 있는 잠재적 물리적 메커니즘을 규명하기.

제안 방법

• 고해상도 스펙트로스코픽 데이터를 사용해 M17에서 두드러진 DIBs의 등가폭(EW)을 측정하였다.
• 카를리의 투과도 법칙을 고려하지 않고, 내재된 별의 등급과 스펙트럼 유형을 이용해 시각적 투과도 A_V와 색 초과 E(B-V)를 계산하였다.
• 피츠패트릭 및 매사(2007)의 관계를 사용해 E(V-K)/E(B-V) 비율에서 R_V를 계산하여 정확한 투과도 매개변수를 유도하였다.
• 다양한 시선을 통해 R_V^(-1)에 대한 정규화된 DIB 강도(EW/A_V)의 함수로서 경향을 식별하기 위해 분석하였다.
• R_V에 대한 민감도에 따라 DIBs를 그룹화하여, DIB 강도에 비례하는 민감도를 가지는 것과 일정한 민감도를 가지는 것을 구분하였다.
• 관측된 DIB-R_V 반응을 설명하기 위한 세 가지 물리적 시나리오를 제안하였다: 먼지 응집, 자외선 유도 DIB 생성, 이온화 효과.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 M17 방향의 고R_V 시선에서 DIBs는 일반적인 은갈계 시선에서의 DIBs와 비교해 이례적인 행동을 보이나요?
• RQ2 M17 및 기타 고R_V 시선에서 정규화된 DIB 강도(EW/A_V)와 R_V^(-1) 사이에 측정 가능한 상관관계가 있나요?
• RQ3 다른 DIBs는 R_V 변화에 대해 서로 다른 민감도를 보이며, 만약 그렇다면 이는 그들의 물리적 운반체에 대해 무엇을 시사합니까?
• RQ4 관측된 DIB-R_V 경향은 별 형성 영역에서의 먼지 입자 응집, 자외선 유도 생성, 또는 이온화 효과로 설명될 수 있나요?
• RQ5 M17의 DIBs는 허쉬엘 36에서 관측된 바와 같이 붉은 날개 비대칭을 보이나요? 이는 고유한 물리적 환경을 시사합니까?

주요 결과

• M17의 DIBs는 이례적인 행동을 보이지 않으며, E(B-V) 증가와 함께 표준 은갈계 관계에 따르며 강도가 증가한다.
• 정규화된 DIB 강도(EW/A_V)와 R_V^(-1) 사이에 선형 상관관계가 발견되어, R_V가 작은 시선(즉, 더 많은 작은 먼지 입자)에서는 단위 투과도당 DIB 강도가 더 크다는 것을 시사한다.
• 10개의 중간 강도 DIBs는 그 자체의 강도에 비례하는 R_V 민감도를 보이며, 운반체 농도 또는 단면적과 관련된 동일한 물리적 메커니즘이 있음을 시사한다.
• 4개의 매우 강한 DIBs(4430, 6284, 13176, 15268 Å)는 강도와 무관하게 높고 일정한 R_V 민감도를 보이며, 별개의 물리적 기원 또는 환경을 시사한다.
• C60+ DIBs(9577 및 9632 Å)는 2.5–4.3×10^13 cm⁻²의 열량 밀도로 검출되었으며, 알려진 운반체와 일치한다.
• M17 DIBs에서는 허쉬엘 36와 마찬가지로 붉은 날개 비대칭이 관측되지 않아, 이러한 특징가 대규모 별 형성 영역에서 흔하지 않음을 시사한다.