[논문 리뷰] ISO-LWS observations of C+ and O lines in absorption toward SgrB2

C. Vastel, P. Cox외 4명|CERN Bulletin|2002. 08. 09.

Astrophysics and Star Formation Studies참고 문헌 1인용 수 22

한 줄 요약

이 연구는 Sgr B2 방향으로 향하는 [C II] 157.7 μm, [O I] 63.2 μm 및 145.5 μm 선을 고해상도 ISO-LWS 파이어-페로 관측을 통해 선형 시야에 따라 여러 구름 층을 분리해내었다. 그 결과, 기체 산소의 약 70%가 원자 형태(O⁰)에 있으며, 내부 구름 핵에서 O⁰/CO 비율은 약 2.5임을 밝혀냈으며, [C II] 157.7 μm 선이 광학 두께일 수 있음을 입증하여 빛나는 은하에서의 부족 현상을 설명한다.

ABSTRACT

High spectral resolution ISO-LWS observations of the [OI] 63.2 and 145.5 microns and [CII] 157.7 microns fine structure lines are presented for the center of the Sagittarius B2 complex (SgrB2). Both the [OI] 63.2 microns and the [CII] 157.7 microns lines are detected in absorption. Using observations of the CO isotopes and of the HI lines, absorption components can be associated with many clouds along the Sgr B2 line of sight. From these data, we were able to disentangle three different layers, as predicted by PDR models, which contain atomic oxygen. We derive lower limits for the column densities of C and O. The fact that the [CII] 157.7 microns line is detected in absorption implies that the main cooling line of the interstellar medium can be optically thick especially in the direction of large star-forming complexes or in the nuclei of galaxies. This could partially account for the deficiency in the [CII] 157.7 microns line which has been recently found toward infrared bright galaxies in ISO data.

연구 동기 및 목표

• 고스란히 먼지의 흡수선을 통해 Sgr B2 방향으로의 여러 구름 층을 분리하기 위해 고스펙트럼 해상도의 적외선 미세구조선을 사용한다.
• 은하간 구름의 다양한 상황(산소 이온 C⁺, 원자 탄소 C⁰, CO)에서 탄소와 산소의 분포를 규명한다.
• 원자 산소의 O⁰/CO 농도 비율을 정량화하고, 원자 산소가 은하간 매질 냉각에 미치는 역할을 평가한다.
• [C II] 157.7 μm 선의 광학 두께를 조사하고, 별 형성 영역에서 은하간 매질 냉각에 미치는 영향을 분석한다.
• 관측된 선형 프로파일을 구름 층의 구조와 비교하여 PDR 모델의 예측을 검증한다.

제안 방법

• ISO-LWS 기구를 사용하여 [C II] 157.7 μm, [O I] 63.2 μm 및 145.5 μm 선의 고스펙트럼 해상도 파이어-페로 관측을 수행한다.
• H I 및 CO 이소토프 선 데이터를 통한 교차 확인을 통해 구름 속도와 기저 농도를 추적한다.
• 선형 프로파일 모델링을 통해 별도의 구름 층 기여도를 분리: C⁺가 지배하는 외부 층, C⁰ 전이 영역, CO가 지배하는 내부 핵.
• 광학 두께 가정에 기반해 원자 탄소 및 산소 기저 농도의 하한을 유도한다.
• 이소토프 CO 관측으로 유도된 CO 기저 농도와 O⁰ 기저 농도를 비교하여 O⁰/CO 비율을 계산한다.
• 선형 프로파일 내 흡수 특징의 존재에 기반해 [C II] 선의 광학 두께를 평가한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 Sgr B2 선형 시야의 밀도 높은 구름에서 기체 산소의 몇 퍼센트가 CO에 갇혀 있지 않고 원자 형태(O⁰)로 존재하는가?
• RQ2 수서 중심부의 은하간 구름에서 C⁺, C⁰ 및 CO의 분포는 다양한 층에서 어떻게 변화하는가?
• RQ3 Sgr B2와 같은 고기저 농도 영역에서 [C II] 157.7 μm 선이 광학 두께일 정도로 두껍게 퍼져 있는가?
• RQ4 고해상도 적외선 관측을 통해 다수의 흡수 성분을 분간하고 그 물리적 기원을 구분할 수 있는가?
• RQ5 관측된 O⁰/CO 비율은 표준 PDR 모델의 예측과 어떻게 비교되는가?

주요 결과

• Sgr B2 방향 선형 시야에서 원자 산소(O⁰)의 총 기저 농도는 속도 범위 -120 km s⁻¹에서 +10 km s⁻¹ 사이 약 3.1 × 10¹⁹ cm⁻²이다.
• 구름 내부 핵에서 O⁰/CO 비율은 약 2.5로 나타나 기체 산소의 약 70%가 원자 형태임을 시사한다.
• [C II] 157.7 μm 선은 20 km s⁻¹ 이하 속도에서 흡수로 관측되어 은하간 매질의 주요 냉각선에서 광학 두께 효과가 있음을 나타낸다.
• [O I] 63.2 μm 선은 -200 km s⁻¹에서 100 km s⁻¹까지의 전체 속도 범위에서 흡수 상태에 있으며, 냉각된 기체 산소 기체에 의한 흡수와 일치한다.
• C⁰ 기저 농도는 약 2.4 × 10¹⁷ cm⁻²로 추정되며, 독립적인 [C I] 492 GHz 관측과 양호한 일치를 보인다.
• 은하수심 거리 3–4 kpc에 위치한 구름에서 C⁺/C⁰ 비율은 약 2.5로 유도되었으며, 은하수심 영역에서는 0.7 이하로 감소한다.