[논문 리뷰] Embedded clusters in NGC1808 central starburst - Near-infrared imaging and spectroscopy

E. Galliano, D. Alloin|arXiv (Cornell University)|2008. 05. 28.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 9인용 수 14

한 줄 요약

이 연구는 남중성자성성성운 NGC1808의 중심 별폭풍에서 중적외선 및 전파원이 깊이 매립된 젊은 성운임을 근적외선 영상 및 분광법을 통해 확인한다. L’-대역 영상에서는 오직 하나의 원천(M8)만 검출되었고, 세 개의 성운(M3, M6, M8)의 스펙트럼은 강한 이온화 수소선을 보이며, 고도의 투명도 감소(A_V ≈ 10–15)와 약 10^52 s⁻¹ 수준의 이온화 광자 방출률을 나타내어 각각 약 1000개의 O6형 항성으로 구성된 성운임을 뒷받침한다.

ABSTRACT

In the course of a mid-infrared imaging campaign of close-by active galaxies, we discovered the mid-infrared counterparts of bright compact radio sources in the central star-forming region of NGC1808. We aim at confirming that these sources are deeply embedded, young star clusters and at deriving some of their intrinsic properties. To complement the mid-infrared data, we have collected a set of near-infrared data with ISAAC at the VLT: J, Ks, and L' images, as well as low-resolution, long-slit spectra for three of the sources. Surprisingly, the new images unveil a near-infrared counterpart for only one of the mid-infrared/radio sources, namely M8 in the L' band. All the other sources are so deeply embedded that their emission does not pop out above an extended diffuse near-infrared emission. The near-infrared spectra of the sources look alike, with intense, ionised hydrogen lines. This supports the interpretation of these sources in terms of embedded young clusters. We derive extinctions and ionising photon production rates for two of the clusters.

연구 동기 및 목표

• NGC1808의 중심 별폭풍 내 중적외선 및 전파원이 깊이 매립된 젊은 성운임을 확인한다.
• 초기 별 형성 단계에서의 높은 투명도 감소 문제를 극복하기 위해 근적외선 자료를 사용해 이러한 성운을 탐지하고 특성화한다.
• 매립된 성운의 본질적 성질, 예를 들어 투명도 감소 및 이온화 광자 방출률을 유도한다.
• 매우 먼지가 많은 성운에 대한 근적외선 탐지의 한계를 평가하고, MIR 및 전파 파장 대역을 주요 도구로 권장한다.
• 이온화 기체 내 운동학적 구조를 조사하여 성운의 피드백 메커니즘, 예를 들어 성운 바람 등을 추론한다.

제안 방법

• VLT의 ISAAC를 사용해 근적외선 J, Ks 및 L’ 대역 영상 자료를 확보하여 매립된 성운을 탐지한다.
• 세 원천(M3, M6, M8)에 대해 2–4 µm 범위의 저해상도 장선형 스펙트럼을 확보하여 이완 기체 방출선을 분석한다.
• case B 재결합과 전경 먼지 투명도 감소를 가정하여 Brγ/Brα 선 밝기 비율을 사용해 투명도 감소(A_V)를 추정한다.
• 표준 재결합 선 밝기 관계식(Q(H⁺) ∝ L(Hα)/hν_Hα × α_B/α_eff_Hα)을 적용해 이온화 광자 방출률을 추정한다.
• 10–20%의 불확도로 복사율을 보정하였으며, 대기 흡수 특성으로 인해 파란 쪽 선에 대해 더 높은 불확도가 있었다.
• 이전 연구에서 확보한 MIR 및 전파 자료(Galliano et al. 2005; Collison et al. 1994)를 조합하여 원천을 교차 확인한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 NGC1808의 중심 별폭풍 내 중적외선 및 전파원이 진정으로 매립된 젊은 성운인가?
• RQ2 왜 대부분의 원천들이 중적외선 및 전파 파장에서 밝지만 근적외선 영상에서는 탐지되지 않는가?
• RQ3 매립된 성운의 본질적 투명도 감소 및 이온화 광자 방출률은 무엇인가?
• RQ4 이온화 기체 내 운동학적 구조는 성운 바람과 같은 피드백 메커니즘을 시사하는가?
• RQ5 스펙트럼 진단을 기반으로 매립된 성운의 연령 상한은 얼마인가?

주요 결과

• L’-대역 영상에서는 오직 하나의 원천인 M8만 검출되었고, 나머지 MIR/전파 원천들은 J, Ks 및 L’ 대역에서 모두 탐지되지 않아 극도의 투명도 감소를 시사한다.
• M3, M6 및 M8의 스펙트럼은 강한 이완 기체 방출선, 특히 Brγ 및 Paα를 보이며, 이는 젊고 매립된 성운임을 확인한다.
• M6 및 M8의 투명도 감소 추정치는 각각 A_V = 10.2 및 A_V = 15.0이며, case B 재결합을 가정하고 Brγ/Brα 밝기 비율을 사용해 유도되었다.
• 투명도 감소 보정 후 Brγ 밝기는 M6의 경우 8.9 × 10⁻¹⁵ erg s⁻¹ cm⁻², M8의 경우 9.5 × 10⁻¹⁵ erg s⁻¹ cm⁻²였다.
• 이온화 광자 방출률은 M6의 경우 9.6 × 10⁵¹ s⁻¹, M8의 경우 10.2 × 10⁵¹ s⁻¹로 추정되었으며, 이는 각 성운당 약 1000개의 O6형 항성이 존재함을 의미한다.
• M6 및 M8 근처 Brγ 선 프로파일에서 복잡한 속도 구조가 관측되어 이온화 기체의 기체 분출 또는 성운 바람의 존재를 시사한다.