[논문 리뷰] Star formation in gaseous galaxy halos: VLT-spectroscopy of extraplanar HII-regions in NGC55

R. Tuellmann, M. R. Rosa외 4명|ArXiv.org|2003. 09. 29.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 2인용 수 36

한 줄 요약

이 연구는 테두리면에서 편향된 나선파라미터를 가진 은하 NGC 55의 외부 항성 영역 HII 영역(EHRs)에 대한 최초의 깊은 VLT 스펙트로스코피를 제시하며, 방출선 분석과 CLOUDY 모델링을 통해 그들의 HII 영역 성격을 확인한다. EHRs는 디스크에서 0.8–1.5 kpc 떨어진 곳에 위치해 있으며, O9.5–B0 항성에 의해 이온화되어 있으며, 중심 디스크 HII 영역(45% Z⊙)에 비해 상당히 낮은 산소 농도(~10% Z⊙)를 보이며, 이는 디스크에서의 탈출이 아니라 헬로 기원의 별 형성임을 시사한다.

ABSTRACT

We present first deep VLT-spectra of a new class of compact extraplanar objects located in the disk-halo interface of the edge-on spiral galaxy NGC55. Their spectra reveal continuum emission from stars and show typical emission-lines as observed in ordinary disk HII-regions. Similar to the Diffuse Ionized Gas (DIG) the prominent ionization stage of oxygen is O+, whereas the corresponding one for low metallicity HII-regions is O++. A comparison with CLOUDY model simulations reveals that the ionization mechanism of these compact objects is most likely photoionization by late OB stars (O9.5 to B0). Further analysis of diagnostic diagrams unambiguously confirms the HII-region character. This raises the question whether these extraplanar HII-regions (EHRs) originated from the prominent extraplanar gas of this galaxy or have just been expelled from the disk into the halo. From hydrodynamical considerations ejection from the disk can be ruled out. Therefore, these objects must have formed within the halo. Compared to the average abundance of the central disk HII-region (45% Z_solar) both EHRs reveal substantially lower [O/H] abundances of about 10% Z_solar. We could establish for the first time strong differences in the metal content along the minor axis of this galaxy. Oxygen appears to be less abundant in the halo by about a factor of 4. Since both EHRs are located above the central part of NGC55, it appears likely, that their formation was triggered by star formation activity in the disk below. In this environment the molecular gas clouds out of which EHRs have formed can survive and collapse only in the period between two successive bursts of star formation.

연구 동기 및 목표

• NGC 55의 헬로에서 복합 외부 항성 영역 이온화 물체의 HII 영역 성격을 깊은 스펙트로스코피를 통해 확인하기 위해.
• 이 외부 항성 영역 HII 영역의 이온화 원천과 물리 조건(밀도, 온도, 크기)을 규명하기 위해.
• EHRs의 금속 농도를 측정하고, 디스크 및 산산이 흩어진 이온화 기체(DIG)와 비교하여 기원을 제약하기 위해.
• 이 EHRs가 헬로에서 현지로 형성되었는지 또는 디스크에서 탈출한 것인지, 운동학적 및 농도적 근거를 바탕으로 시험하기 위해.
• 낮은 금속 농도와 높은 이온화 복사장이 존재하는 상황에서 헬로 기체가 별 형성을 어떻게 유지하는지 조사하기 위해.

제안 방법

• NGC 55의 디스크에서 z ≈ 0.8–1.5 kpc 떨어진 두 개의 외부 항성 영역 HII 영역(EHR_1 및 EHR_2)에 대해 깊은 장슬릿 VLT/FORS2 스펙트럼을 확보하였다.
• 이온화 상태와 자극 조건을 규명하기 위해 난방 기체 방출선 강도(예: Hα, [O III] λ5007, [O II] λ3727)를 분석하였다.
• 관측된 선 비율을 재현하고 이온화 항성의 스펙트럼 유형(O9.5–B0)을 제약하기 위해 CLOUDY 광이온화 모델을 사용하였다.
• 산소 농도를 유도하기 위해 다수의 농도 진단 기법(예: 직접 방법, 강선 방법)을 적용하여 EHRs, 디스크 HII 영역, DIG에서의 농도를 도출하였다.
• 미니어 축을 따라 금속 농도 기울기를 비교하여 헬로 기체의 농도 변화와 기원을 평가하기 위해.
• 이온화 원천 수명과 탈출 시간 스케일을 비교하여 디스크 탈출 시나리오를 배제하기 위해 운동학적 제약 조건을 평가하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 NGC 55의 외부 항성 영역에 있는 복합 구조는 진정으로 HII 영역인지, 아니면 산산이 흩어진 이온화 기체(DIG) 또는 충격 자극된 구조인지인가?
• RQ2 EHRs에서 관측된 방출선을 담당하는 이온화 원천 집단은 무엇이며, 그 스펙트럼 유형은 무엇인가?
• RQ3 EHRs의 금속 농도는 중심 디스크 HII 영역과 산산이 흩어진 이온화 기체(DIG)와 비교하여 어떻게 다른가?
• RQ4 관측된 EHRs는 디스크에서 탈출한 것일 수 있는가, 아니면 반드시 헬로에서 현지로 형성된 것인가?
• RQ5 EHRs를 특징짓는 물리 조건(밀도, 온도, 크기)은 무엇이며, 일반적인 디스크 HII 영역과 어떻게 비교되는가?

주요 결과

• EHRs는 전형적인 HII 영역 방출선 스펙트럼을 보이며, 강한 Hα와 [O II] 선을 나타내며, CLOUDY 모델링을 통한 확인을 통해 HII 영역임이 입증되었다.
• EHR_1(디스크 북쪽 0.8 kpc)은 지름 17 pc, 전자 밀도 600 cm⁻³이며, O9.5 항성에 의해 이온화되어 있다. EHR_2(디스크 남쪽 1.5 kpc)는 지름 22 pc이며, 단일 B0 또는 O9.5 항성에 의해 이온화되어 있다.
• 두 EHRs의 기체 온도는 약 11,500 K로, 산산이 흩어진 이온화 기체(DIG)보다 상당히 낮은 온도를 보이며, DIG의 온도는 약 13,000 K이다.
• EHRs의 산소 농도는 약 10%의 태양 금속 농도(10% Z⊙)이며, 중심 디스크 HII 영역(45% Z⊙)보다 상당히 낮아, 헬로에서 산소 농도가 약 4배 감소했음을 시사한다.
• 디스크-헬로 경계부의 DIG는 금속 농도 약 15% Z⊙로, 디스크와 EHRs 사이의 중간 수준을 보이며, 그러나 EHRs와 다를 수 있는지 확인하기 위해 더 깊은 스펙트럼이 필요하다.
• 운동학적 근거로 디스크 탈출 시나리오는 배제되며, 이온화 항성이 일반적인 탈출 속도로는 관측된 헬로 높이에 도달할 수 있을 정도로 오래 지속되지 않기 때문이다. 이는 헬로에서 현지로 형성된 것임을 확인한다.