[논문 리뷰] Ionization of the diffuse gas in galaxies: Hot low-mass evolved stars at work

Flores-Fajardo, Nahiely, Morisset, Christophe외 2명|arXiv (Cornell University)|2011. 04. 04.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena인용 수 102

한 줄 요약

이 논문은 낮은 질량의 열린 별들(HOLMES)이 NGC 891의 은하외부 확산 이온가스(eDIG)의 주요 이온화 원천임을 제안하며, 은하 위도에 따라 관측된 [O iii]/Hβ, [O ii]/Hβ, [N ii]/Hα 비율의 증가를 설명한다. 질량이 큰 OB 별과 HOLMES를 조합한 정밀한 메쉬 구조의 광이온화 모델을 사용하여, 전자 밀도는 높이에 따라 감소하고, 태양 금속성 조건 하에서 HOLMES는 높은 z에서만 주요 기여를 한다는 것을 발견하였으며, N/O 비율은 z에 따라 증가하여 HOLMES의 후손에 의한 금속성 풍부화를 시사한다.

ABSTRACT

We revisit the question of the ionization of the diffuse medium in late type galaxies, by studying NGC 891, the prototype of edge-on spiral galaxies. The most important challenge for the models considered so far was the observed increase of [OIII]/Hbeta, [OII]/Hbeta, and [NII]/Halpha with increasing distance to the galactic plane. We propose a scenario based on the expected population of massive OB stars and hot low-mass evolved stars (HOLMES) in this galaxy to explain this observational fact. In the framework of this scenario we construct a finely meshed grid of photoionization models. For each value of the galactic latitude z we look for the models which simultaneously fit the observed values of the [OIII]/Hbeta, [OII]/Hbeta, and [NII]/Halpha ratios. For each value of z we find a range of solutions which depends on the value of the oxygen abundance. The models which fit the observations indicate a systematic decrease of the electron density with increasing z. They become dominated by the HOLMES with increasing z only when restricting to solar oxygen abundance models, which argues that the metallicity above the galactic plane should be close to solar. They also indicate that N/O increases with increasing z.

연구 동기 및 목표

• 늦은 유형의 은하에서 은하 평면에서의 거리가 증가함에 따라 [O iii]/Hβ 및 [N ii]/Hα와 같은 발광선 비율이 증가하는 이유를 오랫동안 해결하지 못한 수수께끼를 해결하기 위해.
• 이전에 간과되었던 낮은 질량의 열린 별들(HOLMES)이 은하외부 확산 이온가스(eDIG)의 이온화를 설명할 수 있는지 테스트하기 위해.
• NGC 891에서 질량이 큰 OB 별과 HOLMES를 모두 이온화 원천으로 사용하여 일관된 광이온화 모델을 구축하기 위해.
• 은하 위도 z에 따라 전자 밀도, 금속성, N/O 농도 비율을 제약 조건으로 설정하기 위해.
• 충격파나 간섭선, 기타 비별성 메커니즘을 요구하지 않고 HOLMES만으로도 eDIG의 이온화를 설명할 수 있는지 평가하기 위해.

제안 방법

• NGC 891의 알려진 별 집단 모델에 기반하여 질량이 큰 OB 별과 HOLMES의 복합 이온화 복사장에 기반한 정밀한 메쉬 구조의 광이온화 모델을 구축하였다.
• 각 은하 위도 z에 대해 관측된 [O iii]/Hβ, [O ii]/Hβ, [N ii]/Hα 비율을 동시에 재현하는 모델을 선별하였다.
• 화학적 불확실성 탐색을 위해 산소 농도(O/H)와 질소 대 산소 비율(N/O)을 자유 매개변수로 간주하였다.
• 관측된 Hβ 선을 이용해 적색화와 별의 흡수를 보정하여 정확한 광도 비율 측정을 가능하게 하였다.
• 은하 평면에 수직인 슬릿을 따라 깊은 분광 데이터를 사용하여 Otte 등(2001)의 결과와 모델 출력을 비교하였다.
• 부록에서 민감도 분석을 수행하여 미세한 입자와 [Ne iii]/[Ne ii] 선 비율의 영향을 평가하였으며, 주요 결론의 탄력성을 확인하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 NGC 891에서 은하 높이에 따라 증가하는 [O iii]/Hβ, [O ii]/Hβ, [N ii]/Hα 비율은 질량이 큰 OB 별과 HOLMES를 함께 이온화 원천으로 사용할 경우 설명될 수 있는가?
• RQ2 은하 평면에서의 거리가 증가함에 따라 HOLMES가 이온화 복사장에 기여하는 비율은 어떻게 변화하는가?
• RQ3 관측된 선비율의 변화는 전자 밀도, 금속성, 또는 N/O 농도의 변화를 의미하는가?
• RQ4 eDIG의 금속성이 태양 금속성과 일치하는가? 이는 고위도에서 HOLMES의 지배적 기여에 의해 제안된다.
• RQ5 충격파, 간섭선, 또는 기타 비별성 메커니즘을 요구하지 않고 HOLMES만으로도 eDIG의 이온화를 설명할 수 있는가?

주요 결과

• 모든 은하 위도 z에 대해 해가 존재함을 확인하여, 모델이 전체 은하외부 영역에서 관측된 선비율을 재현할 수 있음을 시사한다.
• 전자 밀도는 z가 증가함에 따라 체계적으로 감소하며, 더 딱딱한 복사장에 의한 이온화와 일치한다.
• 태양 산소 농도를 가정할 경우, HOLMES는 고위도 z에서 주요 이온화 원천이 되며, eDIG의 금속성이 태양 수준에 가까움을 시사한다.
• N/O 비율은 z에 따라 증가하여, 시간이 지남에 따라 HOLMES의 후손에 의한 eDIG의 점진적 금속성 풍부화를 나타낸다.
• 추가적인 이온화 메커니즘(예: 충격파, 간섭선 등)을 요구하지 않고도 모델이 관측된 [O iii]/Hβ, [O ii]/Hβ, [N ii]/Hα 비율을 성공적으로 재현한다.
• [Ne iii]/[Ne ii] 비율의 불일치는 고에너지 영역에서 별 스펙트럼 에너지 분포의 불확실성 때문이며, HOLMES 기반 시나리오의 결함이 아니라고 판단된다.