[논문 리뷰] H2 and its relation to CO in the LMC and other magellanic irregulars

F. P. Israel|ArXiv.org|1997. 09. 19.

Astrophysics and Star Formation Studies인용 수 9

한 줄 요약

이 논문은 대마젤란운성과 소마젤란운성(LMC/SMC) 및 기타 마젤란형 불규칙은하에서 적외선 원격 탐사 및 HI 데이터로부터 H2 열두께 밀도를 유도하여 H2와 CO 간의 관계를 조사한다. 그 결과, 강한 복사장이 작용하는 투명도가 낮은 희박한 기체에서 CO의 선택적 광분해로 인해 금속성 농도가 낮은 환경인 SMC에서는 CO-to-H2 변환 인자 X가 LMC보다 현저히 높게 나타나며(X = 12), LMC에서는 X = 1.3임을 확인한다.

ABSTRACT

H2 column densities towards CO clouds in the LMC and SMC are estimated from their far-infrared surface brightness and HI column density. N(H2)/I(CO) conversion factors are X(LMC) = 1.3 and X(SMC) = 12 (unit: 10**21 mol cm**-2 (K km/s)**-1). LMC and SMC contain total (warm) H2 masses of 1.0 and 0.75 x 10**8 M(sun) respectively. Similar local H2/HI mass ratios are found in the magellanic irregulars NGC 1569 (X = 16), NGC 55, 4214 and 6822 (X = 3--6) and in NGC 4449 as well as the extragalactic HII regions NGC 604, 595 and 5461 in M 33 and M 101 (X = 1--2). The CO--H2 conversion factor X depends on both the ambient radiation field intensity per nucleon s(FIR)/N(H) and metallicity [O]/[H]. The results are interpreted as the consequence of selective photodissociation of CO subjected to high radiation field energy densities and poor (self)shielding in low-metallicity environments, and especially the preferential destruction of diffuse CO in `interclump' molecular gas. Although locally H2 may be the dominant ISM-component, the average global H2/HI mass ratio is 0.2 and the average H2 gas mass fraction is 0.12. Magellanic irregulars thus have warm molecular gas fractions very similar to those of our Galaxy, whereas other global properties (mass, luminosity, metallicity, CO luminosity) are very different.

연구 동기 및 목표

• 대마젤란운성과 소마젤란운성의 CO 복사 영역에서 적외선 원격 탐사 및 HI 데이터를 이용하여 H2 열두께 밀도를 산정한다.
• 금속성 농도가 낮은 마젤란형 불규칙은하에서 CO-to-H2 변환 인자(X)를 정량화한다.
• 복사장 강도와 금속성 농도가 CO의 안정성과 H2/CO 질량 비율에 미치는 영향을 조사한다.
• 마젤란형 불규칙은하의 전체 H2/HI 질량 비율과 H2 기체 분율을 은하수와 비교한다.
• 특히 금속성 농도가 낮은 환경에서 관측된 X 인자의 변동성에 기여하는 물리적 메커니즘을 이해한다.

제안 방법

• 적외선 표면 빛기인도와 HI 열두께 밀도 측정치를 이용하여 H2 열두께 밀도를 추정한다.
• 적외선 표면 빛기인도와 H2 열두께 밀도 간의 관계를 적용하여 CO 농도가 높은 영역에서 N(H2)를 유도한다.
• X 인자(N(H2)/I(CO))를 사용하여 CO 복사 강도를 H2 질량으로 변환하며, 각 은하별로 유도된 X 값을 적용한다.
• X의 의존성을 적외선 복사장 에너지 밀도(단위 입자당, FIR/N(H))와 금속성 [O]/[H]에 대해 분석한다.
• 대마젤란운성, 소마젤란운성, NGC 1569, NGC 55, 4214, 6822, NGC 4449 및 M33/M101의 HII 영역을 포함한 여러 마젤란형 불규칙은하 간의 결과를 비교한다.
• 관측된 X 인자 값의 변동성을, 금속성 농도가 낮은 환경에서 투명도가 낮은 분산된 '클러스터 간' 분자기체에서의 CO 선택적 광분해로 해석한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 대마젤란운성과 소마젤란운성에서 CO-to-H2 변환 인자(X)는 얼마이며, 은하수와 비교해 볼 때 어떻게 다를까?
• RQ2 입자당 단위 복사장 강도가 낮은 금속성 농도의 은하에서 CO의 안정성에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 대마젤란운성과 소마젤란운성 모두 마젤란형 불규칙은하임에도 불구하고, 왜 SMC에서는 LMC보다 X 인자가 현저히 높은가?
• RQ4 금속성 농도가 마젤란형 불규칙은하에서 관측된 H2/CO 질량 비율에 얼마나 큰 영향을 미치는가?
• RQ5 마젤란형 불규칙은하의 전체 H2/HI 질량 비율과 H2 기체 분율은 은하수와 비교해 어떻게 다를까?

주요 결과

• CO-to-H2 변환 인자는 LMC에서 X(LMC) = 1.3 × 10^21 mol cm⁻² (K km s⁻¹)⁻¹, SMC에서 X(SMC) = 12 × 10^21 mol cm⁻² (K km s⁻¹)⁻¹이다.
• 대마젤란운성과 소마젤란운성은 각각 총 1.0 × 10^8 M☉, 0.75 × 10^8 M☉의 따뜻한 H2 질량을 포함한다.
• 금속성 농도가 낮은 환경인 소마젤란운성에서는, CO가 자기보호가 잘 되지 않는 희박한 '클러스터 간' 분자기체에서 선택적으로 파괴된다.
• X 인자는 입자당 단위 복사장 에너지 밀도가 높고 금속성 농도가 낮을수록 증가하며, 이는 이러한 조건에서 CO가 더 불안정하다는 것을 시사한다.
• 지역적으로 H2 기체가 지배적임에도 불구하고, 마젤란형 불규칙은하의 평균 전체 H2/HI 질량 비율은 0.2이며, H2 기체 질량 분율은 0.12이다.
• 마젤란형 불규칙은하의 H2 기체 분율은 질량, 빛기, 금속성 농도에 큰 차이가 있음에도 불구하고, 은하수와 유사한 수준을 보인다.