[논문 리뷰] Oxygen and nitrogen abundances in nearby galaxies. Correlations between oxygen abundance and macroscopic properties

L. S. Pilyugin, J. M. Vı́lchez외 1명|ArXiv.org|2004. 07. 01.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 179인용 수 191

한 줄 요약

이 연구는 54개의 spiral 은하에서 1,000개 이상의 H ii 영역 스펙트럼을 종합하고, 일관된 온도 민감선 분석을 위해 P-방법을 사용하여 산소 및 질소 농도를 재평가하며, 산소 농도가 빛의 세기, 회전 속도, 형상 유형과 강하게 상관됨을 발견함—특히 회전 속도가 가장 날카로운 상관관계를 보임. 유도된 빛의 세기–금속성 관계는 R₂₃ 보정 기반의 것들과 상당히 다름. 직접 Te 기반 농도는 NGC 5457에서 이 새로운 관계와 일치하지만, R₂₃ 기반의 것들과는 충돌함.

ABSTRACT

We performed a compilation of more than 1000 published spectra of HII regions in spiral galaxies. The oxygen and nitrogen abundances in each HII region were recomputed in a homogeneous way, using the P-method. The radial distributions of oxygen and nitrogen abundances were derived. The correlations between oxygen abundance and macroscopic properties are examined. There is a significant difference between the L-Z relationship obtained here and that based on the oxygen abundances determined through the R_23-calibrations. The oxygen abundance of NGC 5457 recently determined using direct measurements of Te (Kennicutt, Bresolin & Garnett 2003) agrees with the L-Z relationship derived here, but is in conflict with the L-Z relationship derived with the R_23-based oxygen abundances. The obtained L-Z relation for spirals is compared to that for irregulars. Our sample of galaxies shows evidence that the slope of the O/H-M_B relationship for spirals is slightly more shallow than that for irregulars. The effective oxygen yields were estimated for spiral and irregular galaxies. The effective oxygen yield increases with increasing luminosity from M_B=-11 to M_B=-18 (or with increasing rotation velocity from Vrot=10 km/s to Vrot=100 km/s) and then remains approximately constant. Irregular galaxies from our sample have effective oxygen yields lowered by a factor of 3 at maximum, i.e. irregular galaxies usually keep at least 1/3 of the oxygen they manufactured during their evolution.

연구 동기 및 목표

• 1,000개 이상의 H ii 영역 스펙트럼에서 유도된 산소 및 질소 농도 측정치를 종합하고 동질화함.
• R₂₃ 기반 보정에서 발생하는 편향을 피하기 위해 일관된 온도 민감선 분석을 위한 P-방법을 사용하여 농도를 재계산함.
• 산소 농도와 빛의 세기, 회전 속도, 형상 유형과 같은 거시적 은하 성질 간의 상관관계를 분석함.
• Spiral 은하의 빛의 세기–금속성 관계를 비틀린 은하와 비교하고, 효율적 산소 수확량의 차이를 평가함.
• 문헌에서 보고된 직접 Te 기반 농도(예: NGC 5457)와 R₂₃ 기반 농도 결정 간의 모순을 해결함.

제안 방법

• 문헌에서 54개의 spiral 은하의 H ii 영역 스펙트럼 1,000개 이상을 수집하고 종합함.
• 온도 민감선 [O iii] λ4363 비율에 기반한 P-방법을 사용하여 산소 및 질소 농도를 재계산함—정확한 금속성 평가를 위한 기초.
• 산소 및 질소의 반경 방향 농도 분포를 유도하며, 중심 농도 외삽 및 농도 기울기를 포함함.
• 각 은하의 대표적 특성 농도로 r = 0.4R₂₅(등등고선 반경)에서의 산소 농도를 사용함.
• P-방법 농도를 사용하여 빛의 세기–금속성 관계 및 회전 속도–금속성 관계를 수립함.
• 폐쇄 상자 모델 예측과 관측 농도를 비교하여 효율적 산소 수확량(y_eff)을 추정하고, 질량 손실 효율성을 평가함.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 Spiral 은하의 H ii 영역에서 산소 및 질소 농도는 빛의 세기, 회전 속도, 형상 유형과 같은 거시적 성질과 어떻게 상관관계가 있는가?
• RQ2 P-방법 농도에서 유도된 빛의 세기–금속성 관계는 R₂₃ 기반 보정에서 유도된 것과 어떻게 비교되는가?
• RQ3 NGC 5457에서의 직접 Te 기반 산소 농도는 P-방법 기반 빛의 세기–금속성 관계와 일치하는가, 아니면 R₂₃ 기반 관계와 일치하는가?
• RQ4 Spiral 은하의 효율적 산소 수확량은 비틀린 은하와 어떻게 비교되며, 빛의 세기나 회전 속도에 따라 어떻게 변화하는가?
• RQ5 Spiral 과 비틀린 은하 간의 O/H–M_B 관계 기울기 차이의 의미는 무엇인가?

주요 결과

• Spiral 은하에서 산소 농도는 회전 속도와 가장 강하게 상관되며, 빛의 세기나 형상 유형과의 상관관계보다 약간 더 날카로운 상관관계를 보임.
• P-방법 농도에서 유도된 빛의 세기–금속성 관계는 R₂₃ 보정 기반의 것들과 상당히 다름—특히 고광도 영역에서 R₂₃ 기반 방법이 금속성을 과대평가함.
• NGC 5457에서의 직접 Te 기반 산소 농도(1.685 × scale length)는 P-방법 기반 빛의 세기–금속성 관계와 일치하지만, Garnett(2002)의 R₂₃ 기반 관계와는 충돌함.
• Spiral 은하의 O/H–M_B 관계 기울기는 비틀린 은하의 것보다 얕음(–0.079 ± 0.018 vs. –0.139 ± 0.011), 이는 산소 농도가 빛의 세기에 대한 민감도가 spiral 에서 더 낮음을 시사함.
• 효율적 산소 수확량은 M_B ~ –11에서 M_B ~ –18(또는 V_rot ~ 10에서 ~100 km s⁻¹)으로 증가한 후 포화 상태에 도달함—더 높은 빛의 세기 시스템에서 금속의 효과적 유지가 이루어짐.
• 표본 내 비틀린 은하들은 제조된 산소의 적어도 1/3을 유지함—이는 효율적 산소 수확량이 최대 3배 이하로 낮아질 수 있음을 시사함—반면 Garnett(2002)의 추정치는 최대 90–95% 손실로 보다 높음.