[논문 리뷰] Spectroscopy of diffuse ionized gas in halos of selected edge-on galaxies

R. Tuellmann, R.‐J. Dettmar|arXiv (Cornell University)|2000. 08. 22.

Spectroscopy and Laser Applications인용 수 3

한 줄 요약

이 연구는 칠레의 라 실라에 위치한 ESO 1.52 m 망원경과 볼러 앤 치빙스 스펙트로그래프를 사용하여 일곱 개의 편평한 원반을 가진 나선파라성 은하의 허리케인 영역에서 흩어진 이온화 가스(DIG)의 이온화 메커니즘을 광학 장슬릿 스펙트로스코피를 통해 조사한다. 관측된 선 비율—특히 [N ii]/Hα, [O i]/Hα, [He i]/Hα—이 photoionization 모델만으로는 설명되지 않음을 발견하였으며, 이는 특히 |z|가 높아질수록 나타나며, 충격과 같은 추가적인 이온화 원인이 필요함을 시사한다. 이는 디스크 위 높이에 따라 선의 넓이가 증가하는 경향과도 일치한다.

ABSTRACT

In order to examine the excitation and ionization mechanism of extraplanar diffuse ionized gas (DIG) we have obtained optical longslit spectra of seven edge-on spiral galaxies. In four objects the brightest emission lines can be traced out to distances of typically 1.5 kpc above the disk. For NGC1963 and NGC3044 line ratios such as [NII]6583/Ha or [SII]6717/Ha as well as [OIII]5007/Hb could be measured for the halo DIG. This allows us to discuss the DIG in the halo of these objects in the framework of diagnostic diagrams. For these two objects, the line ratios of [OIII]5007/Hb decrease with increasing z, different from the recently reported trend in NGC891 (Rand 1998). We find that emission lines from the DIG in the disks are in good agreement with photoionization models using a dilute radiation field. However, with increasing z these models fail to predict the measured [OI]6300/Ha and HeI5876/Ha line ratios for NGC1963. Diagnostic diagrams reveal for NGC1963 the need for a second ionization mechanism of the halo DIG (besides photoionization). This additional source could be shock ionization. The same diagrams demonstrate an intermediate classification for NGC3044. Plots of [SII]/[NII] vs. emission measure reveal significant changes towards the halo and seem to trace local small scale density fluctuations of the extraplanar DIG.

연구 동기 및 목표

• 편평한 원반 외부 영역에서 흩어진 이온화 가스(DIG)의 이온화 및 자극 메커니즘을 규명하는 것.
• 표준 photoionization 모델(Ma86, DM94 등)이 허리케인 영역의 DIG에서 관측된 발광선 비율을 설명하는 데 있어 타당성을 시험하는 것.
• photoionization 이외의 추가 이온화 메커니즘—예를 들어 충격 이온화—이 선 비율의 괴리 현상을 설명하기 위해 필요하다는지를 조사하는 것.
• 선 비율의 공간적 변화(예: [S ii]/[N ii])와 허리케인 영역의 기체 운동학 및 밀도 변동 간의 상관관계를 조사하는 것.
• 금속성 농도와 국소 밀도 변화가 외부 영역 기체의 관측 진단도 경향을 형성하는 데 미치는 영향을 평가하는 것.

제안 방법

• 칠레의 라 실라에 위치한 ESO 1.52 m 망원경과 볼러 앤 치빙스 스펙트로그래프를 사용하여 일곱 개의 편평한 원반을 가진 나선파라성 은하의 광학 장슬릿 스펙트럼을 확보하였다.
• 파장 범위는 3500 Å에서 7450 Å이며, 분산율은 126 Å mm⁻¹이고, 스펙트럼 해상도는 4.6 Å (FWHM)였다.
• Hα, [N ii] λ6583, [S ii] λ6717, [O iii] λ5007, [O i] λ6300, [He i] λ5876 등의 주요 선의 발광선 유량을 측정하였다.
• 이온화 메커니즘을 분류하고 이론 모델과 비교하기 위해 진단도(예: [O iii]/Hβ 대비 [N ii]/Hα)를 구성하였다.
• 디스크 위 높이 |z|에 따른 선 너비(FWHM) 변화를 분석하여 운동학적 난류성과 잠재적 충격 기여도를 추론하였다.
• 발광 측정값과 [S ii]/[N ii] 비율을 사용하여 외부 영역 매질의 미세한 밀도 변동을 탐색하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 표준 photoionization 모델이 은하 허리케인 영역의 흩어진 이온화 가스에서 관측된 선 비율을 어느 정도 설명할 수 있는가?
• RQ2 |z|가 디스크 평면 위에서 증가함에 따라 [O iii]/Hβ, [N ii]/Hα, [S ii]/[N ii] 등의 선 비율은 어떻게 변화하는가?
• RQ3 UV 복사 외에 별의 질량이 큰 별에서 비롯된 복사 이외의 비photoionization 메커니즘—예를 들어 충격—의 존재를 뒷받침하는 증거는 무엇인가?
• RQ4 |z|에 따른 운동학적 넓이(FWHM) 변화 경향은 이온화 상태와 관련이 있으며, 충격 또는 난류 가열을 뒷받침하는가?
• RQ5 [S ii]/[N ii] 비율의 변화는 허리케인 영역의 DIG에서 국소 밀도 변동 또는 금속성 농도 변화를 어느 정도 반영하는가?

주요 결과

• NGC 1963과 NGC 3044에서 [O iii]/Hβ 비율은 |z|가 증가함에 따라 감소하는 경향을 보였으며, 이는 NGC 891에서 관측된 상승 경향과 정반대이므로, 이온화 메커니즘이 은하 간에 다양함을 시사한다.
• NGC 1963에서 고 |z| 영역에서 관측된 [N ii]/Hα, [O i]/Hα, [He i]/Hα 비율을 표준 photoionization 모델이 재현하지 못함을 확인하여, 추가적인 이온화 원인이 필요함을 시사한다.
• 선 넓이(FWHM)는 |z|가 증가함에 따라 증가하며, 특히 NGC 1963과 NGC 3044에서 두드러지게 나타나, 허리케인 영역 기체에서 난류성 또는 충격 활동이 증가함을 시사한다.
• 진단도 분석 결과, NGC 1963의 허리케인 영역 DIG는 photoionization와 충격 이온화의 조합과 일치하는 영역에 위치해 있으며, NGC 3044는 중간 분류에 해당한다.
• [S ii]/[N ii] 비율은 약 250 pc의 규모에서 크게 변동하여, 외부 영역 DIG에서 미세한 밀도 변동이 있음을 시사하며, 이는 표준 모델이 완전히 반영하지 못하는 현상이다.
• [S ii]/[N ii] 비율의 변화와 선 너비 경향은 국소 조건—예를 들어 전자 온도, 밀도, 금속성 농도—가 높이에 따라 변할 수 있음을 시사하며, 균일한 모델 가정에 도전한다.