[논문 리뷰] On the oxygen abundance determination in HII regions: the problem of the line intensities -- oxygen abundance calibration

L. S. Pilyugin|arXiv (Cornell University)|2000. 04. 04.

Laser-induced spectroscopy and plasma인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 [OII]λλ3727,3729 및 [OIII]λλ4959,5007 선 강도에서 유도된 흥 excitatio 파ameter p₂와 p₃를 사용하여 HII 영역 내 산소 농도를 보정하는 새로운 방법인 p-method을 제안한다. 이는 물리적 조건의 변화를 고려한다. 이 방법은 저금속성 영역에서 특히 정밀도가 높아 Tₑ 방법과 유사한 정확도를 달성하며, 전통적인 R₂₃ 방법보다 더 신뢰할 수 있는 대안이 되며, 이전 보정 방법들(예: Edmunds & Pagel, 1984)에 비해 시스템적 오차를 약 0.07 dex 감소시킨다.

ABSTRACT

The problem of the line intensities -- oxygen abundance calibration has been considered. We confirm the idea of McGaugh (1991) that the strong oxygen lines ([OII] 3727, 3729 and [OIII] 4959, 5007) contain the necessary information for determination of accurate abundances in low-metallicity (and may be also in high-metallicity) HII regions. It has been found that the excitation parameters p3 or p2 (which are defined here as contributions of the radiation in [OIII] 4959, 5007 lines and in [OII] 3727, 3729 lines to the "total" oxygen radiation respectively) allow to take into account the variations in R23 values among HII regions with a given oxygen abundance. Based on this fact a new way of the oxygen abundance determination in HII regions has been constructed and corresponding relations between line intensities and the oxygen abundance have been derived empirically using the available oxygen abundances determined via measurement of temperature-sensitive line ratios. In parallel a new R23 calibration has been derived on the base of recent data and compared to previous calibrations. For oxygen-rich HII regions the present R23 calibration is close to that of Edmunds and Pagel (1984): their calibration has the same slope but is shifted towards higher oxygen abundances by around 0.07 dex as compared to the present calibration.

연구 동기 및 목표

• R₂₃ 방법을 사용한 산소 농도 측정에서 발생하는 시스템적 오차를 해결하기 위해, HII 영역 간 물리적 조건의 변화를 고려하지 못하는 문제를 해결한다.
• 저금속성 및 고금속성 HII 영역에서 정확도를 향상시키기 위해 흥(excitation) 파ameter(p₂ 및 p₃)를 포함한 새로운 보정 방법을 개발한다.
• 최근의 고품질 Tₑ 방법 기반 산소 농도 데이터를 바탕으로 새로운 R₂₃ 보정을 유도하여 직접 온도 기반 측정과의 일致성을 향상시킨다.
• Tₑ 방법과의 비교를 통해 p-method이 저금속성 환경에서 신뢰성 있는 성능을 보임을 검증한다. 특히 Tₑ 선이 검출되지 않는 환경에서 유의미하다.
• 선 흥(excitation) 차이를 고려함으로써 R₂₃ 기반 및 Tₑ 기반 산소 농도 측정 간의 괴리를 해결한다.

제안 방법

• p-method은 [OII]λλ3727,3729 및 [OIII]λλ4959,5007 선이 총 산소 선 복사에 기여하는 비율로 p₂ 및 p₃를 정의한다.
• Tₑ 방법 기반 농도를 가진 HII 영역 샘플을 사용하여 p₂, p₃ 및 산소 농도(12 + log(O/H)) 간의 경험적 관계를 유도한다.
• 관측된 선 강도를 사용해 p₂ 및 p₃를 계산하고, 이를 통해 온도 민감도 선에 의존하지 않고 산소 농도를 예측한다.
• 동일한 Tₑ 방법 데이터를 기반으로 기존 보정보다 정확도가 높고 시스템적 오프셋이 감소한 새로운 R₂₃ 보정을 유도한다.
• 저금속성 HII 영역 및 NGC2403에서 Tₑ 방법 결과와의 비교를 통해 p-method의 정확도를 검증한다.
• Shaver 등 (1983), Izotov & Thuan, 그리고 Garnett 등 (1997)의 고품질 데이터를 포함해 나선형 및 불규칙은하의 HII 영역에 이 방법을 적용한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 고정된 산소 농도에서 다양한 HII 영역 간 R₂₃ 값의 변동을 p₂ 및 p₃ 흥 파ameter가 효과적으로 보정할 수 있는가?
• RQ2 특히 저금속성 환경에서 p-method이 Tₑ 방법과 동일한 정확도로 산소 농도 측정을 수행할 수 있는가?
• RQ3 Edmunds & Pagel (1984)과 같은 이전 보정과 비교할 때 새로운 R₂₃ 보정은 기울기 및 절편 오프셋 측면에서 어떻게 다른가?
• RQ4 산소가 풍부한 HII 영역에서 표준 R₂₃ 방법에 비해 p-method이 시스템적 오차를 얼마나 줄이는가?
• RQ5 Tₑ 선이 검출되지 않는 연구에서 p-method이 R₂₃ 방법을 대체할 수 있을 정도로 신뢰성 있는가?

주요 결과

• 저금속성 HII 영역에서 온도 민감도 선이 검출되지 않는 조건에서도 p-method은 Tₑ 방법과 유사한 정확도로 산소 농도를 측정한다.
• p₂ 및 p₃ 흥 파ameter는 고정된 산소 농도에서 R₂₃ 값의 변동을 효과적으로 보정하여 보정 과정의 시스템적 오차를 감소시킨다.
• 새로운 R₂₃ 보정은 Edmunds & Pagel (1984)와 동일한 기울기를 가지지만, 산소 농도가 약 -0.07 dex 낮아지도록 이동되어 있다.
• p-method은 R₂₃ 기반 및 Tₑ 기반 농도 간 괴리를 줄이며, 특히 저금속성 영역에서 R₂₣ 기반 값이 최대 0.3 dex의 차이를 보일 수 있는 문제를 완화한다.
• 산소가 풍부한 HII 영역에서는 간접적 증거와 NGC2403의 반경 방향 농도 프로파일 일치성에 기반해 p-method이 Tₑ 방법과 동등한 성능을 보인다.
• Edmunds & Pagel (1984)의 보정은 새로운 보정에 비해 약 0.07 dex 높은 시스템적 오프셋을 가지며, 이는 이전의 농도 비교에서 발생한 괴리의 원인을 설명한다.