[논문 리뷰] ISM properties in low-metallicity environments I. mid-infrared spectra of dwarf galaxies

S. C. Madden, F. Galliano외 2명|arXiv (Cornell University)|2005. 10. 04.

Astrophysics and Star Formation Studies참고 문헌 81인용 수 170

한 줄 요약

이 연구는 ISO/ISOCAM를 사용하여 저금속도 저항성은하의 중적외선(MIR) 스펙트럼을 분석하여 간성간 매질(ISM)의 특성을 조사한다. 연구 결과, PAH 발광은 전반적으로나 국소적으로나 약하며, [Ne iii] 및 [S iv] 선이 지배적이며, 이는 강한 복사장이 존재함을 시사한다. PAH/VSG 비율과 [Ne iii]/[Ne ii] 비율 간의 강한 상관관계는 저금속도 외에도 복사장의 경도가 PAH 파괴를 이끄는 주요 원인임을 보여주며, 이는 저금속도 환경에서의 PAH 파괴 메커니즘을 이해하는 데 핵심적이다.

ABSTRACT

We present new ISOCAM mid-infrared spectra of three starbursting nearby dwarf galaxies, NGC1569, IIZw40, NGC1140 and the 30Dor region of the LMC and explore the properties of the ISM in low-metallicity environments, also using additional sources from the literature. We analyse the various components of the ISM probed by the mid-infrared observations and compare them with other Galactic and extragalactic objects. The MIR spectra of the low-metallicity starburst sources are dominated by the [NeIII] and [SIV] lines, as well as a steeply rising dust continuum. PAH bands are generaly faint, both locally and averaged over the full galaxy, in stark contrast to dustier starburst galaxies, where the PAH features are very prominant and even dominate on global scales. The hardness of the modeled interstellar radiation fields for the dwarf galaxies increases as the presence of PAH band emission becomes less pronounced. The [NeIII]/[NeII] ratios averaged over the full galaxy are strikingly high, often >10. Thus, the hard radiation fields are pronounced and pervasive. We find a prominent correlation between the PAHs/VSGs and the [NeIII]/[NeII] ratios for a wide range of objects, including the low metallicity galaxies as well as Galactic HII regions and other metal-rich galaxies. This effect is consistent with the hardness of the interstellar radiation field playing a major role in the destruction of PAHs in the low metallicity ISM. We see a PAHs/VSGs and metallicity correlation, also found by Engelbracht et al. (2005) for a larger survey. Combined effects of metallicity and radiation field seem to be playing important roles in the observed behavior of PAHs in the low metallicity systems.

연구 동기 및 목표

• 고해상도 ISOCAM 스펙트로스코피를 활용하여 저금속도 저항성은하의 중적외선 간성간 매질(ISM)을 특성화하기.
• 이 시스템에서 먼지, 기체 선 및 PAH가 MIR 복사에 기여하는 상대적 기여도를 규명하기.
• 저금속도와 강한 복사장이 다핵탄화수소(PAHs)의 자극 및 생존에 미치는 영향을 조사하기.
• 은하계 H II 영역과 금속 농도가 높은 은하폭발 영역과의 비교를 통해 저금속도 저항성은하의 ISM 특성에서 보편적인 경향을 규명하기.
• 저금속도 환경에서 ISM 구성요소를 해석하는 데 있어 넓은 파장대 MIR 광도계의 신뢰성을 평가하기.

제안 방법

• NGC 1569, NGC 1140, II Zw 40 및 30 Dor 영역의 세 개의 은하폭발 저항성은하에 대해 ISOCAM 중적외선 스펙트럼(5–16 µm) 확보.
• 이온 선 발광(예: [Ne iii] λ15.56 µm, [S iv] λ10.51 µm), 매우 작은 입자(very small grains, VSGs)에서 기인하는 먼지 연속기여 및 PAH 특징을 분리하기 위한 스펙트럼 분해.
• 2.4 pc 및 106 pc 해상도를 사용하여 NGC 1569와 30 Dor의 공간 해상도 분석을 통해 ISM 구성요소의 분포를 지ap.
• 표본 전체에서 복사장 경도의 지표로 [Ne iii]/[Ne ii] 선 비율 계산.
• 저금속도 저항성은하, 은하계 H II 영역, 금속 농도가 높은 은하를 포함한 다양한 대상에서 PAH/VSG 발광 비율과 [Ne iii]/[Ne ii] 비율 간의 상관관계 분석.
• 문헌 자료 및 먼지 SED 모델링과의 비교를 통해 저금속도 시스템에서 먼지 농도와 투과율 영향 평가.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 저금속도 저항성은하의 중적외선 스펙트럼 특성은 더 금속 농도가 높은 은하폭발 또는 나선은하와 어떻게 다를까?
• RQ2 저금속도 환경에서 PAHs, 매우 작은 입자(VSGs), 이온 선이 MIR 복사에 기여하는 비율은 각각 얼마인가?
• RQ3 금속 농도 외에도 복사장 경도가 이들 은하에서 PAH 파괴를 조절하는 데 얼마나 중요한가?
• RQ4 NGC 1569와 30 Dor의 공간 해상도 MIR 지도는 복사장, 이온화된 기체, 먼지 복사 간의 관계를 어떻게 드러내는가?
• RQ5 다양한 금속 농도와 은하형성 환경에서 PAH/VSG 비율과 [Ne iii]/[Ne ii] 비율 간에 보편적인 상관관계가 존재하는가?

주요 결과

• 저금속도 저항성은하의 MIR 스펙트럼은 [Ne iii] λ15.56 µm 및 [S iv] λ10.51 µm 선이 지배적이며, 먼지 연속기여는 급격히 증가하는 경향이 있으나, PAH 밴드는 국소적으로나 전반적으로나 약하다.
• 저금속도 은하에서 [Ne iii]/[Ne ii] 선 비율은 매우 높으며, 종종 10을 초과하여 강력하고 경도가 높은 간성간 복사장이 널리 퍼져 있음을 시사한다.
• 저금속도 저항성은하, 은하계 H II 영역, 금속 농도가 높은 은하폭발 영역을 포함한 다양한 대상에서 PAH/VSG 비율과 [Ne iii]/[Ne ii] 비율 간에 강한 상관관계가 존재하며, 이는 3개의 지수 범위를 포함한다.
• 15 µm ISOCAM 광도계에서 [Ne iii] 선만으로도 전체 복사의 약 10%가 기인할 수 있으며, II Zw 40과 같은 활성 은하에서는 6.7 µm 밴드에서 PAHs와 뜨거운 먼지 연속기여가 거의 동일한 기여를 한다.
• NGC 1569와 30 Dor에서 [Ne iii] 발광은 [Ne ii]보다 중심 이온화원에 더 가까운 날카로운 고리 형태로 나타나며, PAH 피크는 강한 복사장 영역을 피하고, VSGs는 그 영역을 선호한다.
• NGC 1569에서 [Ne ii] 및 [Ne iii] 선의 공간 분포는 Hα 분출 영역을 따라 펼쳐져 있어 이온화 복사장과 이온화된 기체의 역학 간 강한 결합을 시사한다.