[논문 리뷰] ISO far infrared observations of the high latitude cloud L1642. II. Correlated variations of far-infrared emissivity and temperature of "classical large" dust particles

K. Lehtinen, M. Juvela외 3명|ArXiv.org|2007. 01. 26.

Astrophysics and Star Formation Studies참고 문헌 30인용 수 19

한 줄 요약

이 연구는 고위도 구름 L1642에서 먼지 복사 에미시비티와 온도 변화를 분석하기 위해 ISO 적외선 및 광학적 소멸 데이터를 사용한다. 먼지 온도가 19 K에서 14 K로 낮아질수록 명백한 에미시비티가 약 2배 증가하는 것으로 나타났으며, 복사 전달 모델링 결과 밀도가 높은 영역에서 원인으로 작용하는 먼지 복사흡수 단면적의 2–3배 증가가 필요하다. 이는 단순한 복사 차폐를 넘어서 먼지 입자의 응집 또는 얼음 막대 성장이 일어났음을 시사한다.

ABSTRACT

Our aim is to compare the infrared properties of big, ``classical'' dust grains with visual extinction in the cloud L1642. In particular, we study the differences of grain emissivity between diffuse and dense regions in the cloud. The far-infrared properties of dust are based on large-scale 100um and 200um maps. Extinction through the cloud has been derived by using the star count method at B- and I-bands, and color excess method at J, H and Ks bands. Radiative transfer calculations have been used to study the effects of increasing absorption cross-section on the far-infrared emission and dust temperature. Dust emissivity, measured by the ratio of far-infrared optical depth to visual extinction, tau(far-IR)/A(V), increases with decreasing dust temperature in L1642. There is about two-fold increase of emissivity over the dust temperature range of 19K-14K. Radiative transfer calculations show that in order to explain the observed decrease of dust temperature towards the centre of L1642 an increase of absorption cross-section of dust at far-IR is necessary.This temperature decrease cannot be explained solely by the attenuation of interstellar radiation field. Increased absorption cross-section manifests itself also as an increased emissivity. We find that, due to temperature effects, the apparent value of optical depth tau(far-IR), derived from 100um and 200um intensities, is always lower than the true optical depth.

연구 동기 및 목표

• 고위도 어두운 구름 L1642의 다양한 영역에서 적외선 에미시비티와 먼지 온도의 변화를 분석하는 것.
• 구름 중심 쪽으로 먼지 온도가 감소하는 현상이 은하간 복사장에 의한 감쇠만으로 설명 가능한지 여부를 규명하는 것.
• 응집 또는 얼음 막대 성장과 같은 먼지 입자 성질의 변화가 관측된 온도와 에미시비티 간 상관관계를 설명하는 데 필수적인지 평가하는 것.
• 100 μm 및 200 μm 강도 맵에서 유도된 시각적 광학 두께, 에미시비티, 온도의 명백값과 진짜값을 구분하는 것.
• 관측된 온도 및 에미시비티 경향을 복사 전달 모델과 조율하기 위해 필요한 적외선 흡수 단면적의 증가량을 정량화하는 것.

제안 방법

• ISO 및 IRAS의 대규모 100 μm 및 200 μm 적외선 맵을 활용하여 명백적인 먼지 온도와 광학 두께를 유도하였다.
• 2MASS 조사에서 B 및 I 대역의 별 수량 측정법과 J, H, Ks 대역의 색상 초과 기법을 사용하여 시각적 소멸을 측정하였다.
• 배경 복사에 대한 보정을 적용한 후, 명백적인 에미시비티는 적외선 광학 두께를 시각적 소멸로 나눈 비율(τ(far-IR)/AV)로 계산하였다.
• 적외선 파장에서 먼지 흡수 단면적 증가가 관측된 온도 및 에미시비티에 미치는 영향을 시뮬레이션하기 위해 복사 전달 모델을 활용하였다.
• 모델 먼지 입자에서 강도 맵을 시뮬레이션하고, 그로부터 명백적인 광학 두께 및 에미시비티를 유도함으로써 명백값과 진짜값을 비교하였다.
• 모델 시뮬레이션에서 유도된 2.5배 스케일링 인자를 사용하여 명백적인 에미시비티를 진짜 에미시비티로 변환하였으며, 이는 이론적 먼지 모델과의 비교를 가능하게 하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 L1642의 밀도 높은 영역 B의 중심 쪽으로 먼지 온도가 감소하는 현상이 은하간 복사장 감쇠만으로 설명될 수 있는가?
• RQ2 L1642의 다양한 영역에서 먼지 온도에 따라 명백적인 적외선 에미시비티(τ(far-IR)/AV)는 어떻게 변화하는가?
• RQ3 영역 B에서 관측된 온도 저하와 에미시비티 증가를 동시에 설명하기 위해 필요한 적외선 흡수 단면적의 증가량은 얼마인가?
• RQ4 온도 편향이 존재할 경우, 명백적인 광학 두께 및 에미시비티가 진짜 값보다 체계적으로 낮아지는 이유는 무엇인가?
• RQ5 입자 응집 또는 얼음 막대 침착이 관측된 에미시비티 향상 현상을 설명할 수 있으며, 이 중 어느 메커니즘이 관측된 2–3배의 흡수 단면적 증가와 더 일치하는가?

주요 결과

• L1642의 영역 A, B, C에서 먼지 온도가 19 K에서 14 K로 낮아질수록 명백적인 에미시비티(τ(far-IR)/AV)가 약 2배 증가한다.
• 100 μm 및 200 μm 강도 맵에서 유도되는 과정에서 온도 편향이 발생함에 따라 명백적인 광학 두께 및 에미시비티는 진짜 값보다 체계적으로 낮다.
• 영역 B에서 관측된 10 K의 온도 저하와 함께 에미시비티 증가를 동시에 설명하기 위해 적외선 흡수 단면적이 2–3배 증가해야 한다.
• 영역 B의 진짜 에미시비티(σH,true(200 μm) ≈ 3.0×10⁻²⁵ cm²)는 희박한 은하간 매질 모델보다 2.5배 이상 높으며, 이는 상당한 먼지 입자 진화를 시사한다.
• 관측된 에미시비티 증가 현상은 얼음 막대 침착만으로는 설명할 수 없으며, 이는 에미시비티를 최대 2배까지 증가시킬 뿐이므로, 먼지 입자 응집이 더 타당한 메커니즘이다.
• 복사 전달 모델링 결과, 관측된 적외선 및 소멸 데이터를 재현하기 위해 흡수 단면적 증가와 함께 먼지 온도 감소가 동시에 필요하다는 것이 확인되었다.