[논문 리뷰] Maps of Dust IR Emission for Use in Estimation of Reddening and CMBR Foregrounds

David J. Schlegel, Douglas P. Finkbeiner외 1명|CERN Bulletin|1997. 10. 28.

Astronomy and Astrophysical Research인용 수 27

한 줄 요약

이 논문은 DIRBE 및 IRAS/ISSA 데이터를 융합하여 천구 전역에 걸쳐 고역동 범위의 100 µm 먼지 복사량 지도를 제작하며, 화성대 배경과 점원자체를 제거하고 온도 의존성 투과도를 사용해 먼지 기둥 밀도로 校정하였다. 이로 인해 Burstein-Heiles 지도 대비 약 2배 향상된 정확도로 은하수의 음영을 추정할 수 있으며, 특히 고재색 지역에서 뛰어난 성능을 보이며, 천문학적 조사에서 은하수 음영과 CMB 배경을 보정하는 데 강력한 도구가 된다.

ABSTRACT

We present a full sky 100 micron map that is a reprocessed composite of the COBE/DIRBE and IRAS/ISSA maps, with the zodiacal foreground and confirmed point sources removed. Before using the ISSA maps, we remove the remaining artifacts from the IRAS scan pattern. Using the DIRBE 100 micron and 240 micron data, we have constructed a map of the dust temperature, so that the 100 micron map can be converted to a map proportional to dust column density. The result of these manipulations is a map with DIRBE-quality calibration and IRAS resolution. To generate the full sky dust maps, we must first remove zodiacal light contamination as well as a possible cosmic infrared background (CIB). This is done via a regression analysis of the 100 micron DIRBE map against the Leiden- Dwingeloo map of H_I emission, with corrections for the zodiacal light via a suitable expansion of the DIRBE 25 micron flux. For the 100 micron map, no significant CIB is detected. In the 140 micron and 240 micron maps, where the zodiacal contamination is weaker, we detect the CIB at surprisingly high flux levels of 32 \pm 13 nW/m^2/sr at 140 micron, and 17 \pm 4 nW/m^2/sr at 240 micron (95% confidence). This integrated flux is ~2 times that extrapolated from optical galaxies in the Hubble Deep Field. The primary use of these maps is likely to be as a new estimator of Galactic extinction. We demonstrate that the new maps are twice as accurate as the older Burstein-Heiles estimates in regions of low and moderate reddening. These dust maps will also be useful for estimating millimeter emission that contaminates CMBR experiments and for estimating soft X-ray absorption.

연구 동기 및 목표

• 더 높은 정밀도의 천구 전역 100 µm 간성 먼지 복사량 지도를 제작하여 해상도와 절대 校정을 향상시키기 위해.
• DIRBE 및 IRAS 데이터에서 화성대 배경 오염과 점원자체를 제거하여 확산 먼지 복사량을 분리하기 위해.
• 표준 음영 법칙을 사용해 먼지 복사량 지도를 먼지 기둥 밀도로 校정하고, 이를 음영(E(B−V))와 연결하기 위해.
• 외성간 및 CMB 연구를 위한 새로운, 더 정확한 은하수 음영 추정 방법을 제공하기 위해.
• 최종 지도와 관련 처리 도구를 천문학 공동체에 공개하기 위해.

제안 방법

• IRAS 스캔 패턴에 기인한 잔상이 제거된 COBE/DIRBE 및 IRAS/ISSA 100 µm 지도의 복합체를 재처리하기 위해.
• 100 µm와 240 µm 복사량의 비율을 사용해 먼지 색온도 지도(17–21 K)를 유도하여, 100 µm 복사량을 먼지 기둥 밀도로 변환할 수 있도록 하기 위해.
• DIRBE 100 µm 지도를 H I 복사량(Leiden-Dwingeloo 지도)과의 회귀 분석을 통해 분석하고, 25 µm 전개를 사용해 화성대 빛을 보정하기 위해.
• 타원은하의 색상과 RV = 3.1인 Cardelli 등의 음영 법칙을 사용해 먼지 지도를 E(B−V) 음영으로 校정하기 위해.
• IRAS에서의 누락 데이터(3% 갭 및 사도의 오염)를 DIRBE 데이터로 대체하여 校정을 유지하고, 해당 영역에서 원천 제거를 피하기 위해.
• 최종 지도를 4096×4096 픽셀의 FITS 파일로 저장하며, NGP 및 SGP의 람베르트 투영법을 사용하고, 픽셀 좌표를 은하좌표(l, b)로 매핑하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 화성대 배경과 잔상이 제거된 후, DIRBE의 校정과 IRAS의 해상도를 결합한 DIRBE 및 IRAS 100 µm 지도를 제작할 수 있는가?
• RQ2 먼지 온도 변화(17–21 K)가 100 µm 복사량을 먼지 기둥 밀도로 변환하는 데 미치는 영향은 어느 정도인가?
• RQ3 새로운 먼지 지도가 Burstein-Heiles 방법에 비해 은하수 음영을 얼마나 정확하게 추정할 수 있는가?
• RQ4 140 µm 및 240 µm에서 우주 적외선 배경(CIB)이 감지 가능한가, 그리고 허블 깊은 필드의 외삽과 비교해 볼 때 어떻게 다른가?
• RQ5 먼지 지도가 고위도 및 저위도 지역에서 음영 추정에 신뢰성 있게 사용될 수 있는가, 그리고 그 제한 사항은 무엇인가?

주요 결과

• 먼지 온도는 17 K에서 21 K로 변동하며, 이는 일정한 온도를 가정했을 때의 먼지 기둥 밀도 추정치에 최대 5배의 영향을 미친다.
• 새로운 먼지 지도는 저·중간 재색 지역에서 Burstein-Heiles 음영 추정치의 정확도를 약 2배 향상시키며, 고재색 지역에서는 더욱 뚜렷한 정확도 향상이 기대된다.
• 100 µm에서는 유의미한 우주 적외선 배경(CIB)이 감지되지 않았지만, 140 µm에서는 32±13 nW/m²/sr, 240 µm에서는 17±4 nW/m²/sr의 CIB 플럭스가 감지되었으며, 허블 깊은 필드의 외삽을 초월한다.
• 먼지 지도가 고은하위도에서 H I 복사량과 양호하게 상관관계를 보이나, H₂ 형성과 H I 포화로 인해 밀도가 높은 분자 영역에서는 이격 현상이 나타난다.
• 고속도 H I 구름은 먼지 복사량이 부족한 편이며, 이는 예상과 일치한다.
• 지도는 웹 또는 AAS CD-ROM을 통해 공개되며, 마스크 파일과 처리 세부 정보도 함께 제공되며, 표준 FITS 도구를 사용해 접근할 수 있다.