[논문 리뷰] Studying the ISM at ~10 pc scale in NGC 7793 with MUSE -- I. Data description and properties of the ionised gas

Lorenza Della Bruna, Angela Adamo외 11명|Durham Research Online (Durham University)|2020. 02. 20.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 70인용 수 9

한 줄 요약

이 연구는 MUSE 적응광학 데이터를 사용하여 약 10 pc 해상도에서 NGC 7793의 이온화된 간성간 매질을 분석하며, Hα 표면 빛기인도와 선비율 기준을 통해 HII 영역과 확산 이온가스(DIG)를 식별한다. 연구 결과 DIG는 HII 영역보다 높은 전자 온도(~3000 K), 강화된 저이온화 선, 높은 속도 분산을 보이며, 이는 비광이온화 과정이 그 흥분에 상당한 기여를 하고 있음을 시사한다. 선택 기준에 따라 Hα 빛기인도의 약 27–42%가 DIG에서 기인한다.

ABSTRACT

Using MUSE AO data, we probe the ISM in the local spiral galaxy NGC 7793 at a spatial resolution of $\sim$ 10 pc. We identify HII regions and compile a catalogue of supernova remnants (SNRs), planetary nebulae (PNe) and Wolf Rayet stars (WR). We compute electron densities and temperatures from the [SII]6716/6731 and [SIII]6312/9069 line ratios. We study the properties of the ionised gas through BPT diagrams combined with gas velocity dispersion. We spectroscopically confirm 2 previously detected WR stars and a SNR and report the discovery of 7 WR, 1 SNR, and 2 PNe. The diffuse ionized gas (DIG) fraction is between $\sim$ 27 and 42% depending on the method used to define the HII region boundaries. In agreement with previous studies, we find that the DIG exhibits enhanced [SII]/H$α$ and [NII]/H$α$ ratios and a median temperature that is $\sim$ 3000 K higher than in HII regions. We also observe an apparent inverse correlation between temperature and H$α$ surface brightness. Overall, the observed [SII]6716/6731 ratio is consistent within 1$σ$ with $n_e$ < 30 cm$^{-3}$, with an almost identical distribution for the DIG and HII regions. The velocity dispersion of the ionised gas indicates that the DIG has a higher degree of turbulence than the HII regions. Comparison with photoionisation and shock models reveals that the diffuse component can only partially be explained via shocks and that it is most likely consistent with photons leaking from density bounded HII regions or with radiation from evolved field stars. [abridged]

연구 동기 및 목표

• MUSE 적응광학 데이터를 활용하여 근접한 나설파일은 NGC 7793의 이온화된 간성간 매질(ISM)을 약 10 pc 공간 해상도에서 연구한다.
• 스펙트로스코픽 선비율과 표면 빛기인도 기준을 통해 HII 영역과 확산 이온가스(DIG)를 식별하고 특성화한다.
• 관측된 선비율을 광이온화 및 충격 모델과 비교하여 DIG의 이온화 원인을 규명한다.
• 은하의 별성 피드백과 탈출하는 이온화 복사가 DIG 성분의 흥분에 기여하는 정도를 평가한다.
• 전자 밀도와 온도를 포함한 이온화된 기체의 운동학적 및 열적 성질을 조사하고, 이들이 이온화 상태와 어떻게 관련되어 있는지 분석한다.

제안 방법

• MUSE 넓은 시야 모드와 적응광학이 NGC 7793의 고해상도 공간 및 스펙트럼 데이터를 제공하여 이온가스 방출의 세밀한 분석을 가능하게 하였다.
• 별과 기체의 운동학은 별의 연속스펙트럼과 Hα 방출선 프로파일을 피팅하여 유도되었다.
• HII 영역은 Hα 표면 빛기인도에 임계값을 적용하고, Hα/[SII] 선비율 기반의 보수적인 경계 방법을 사용하여 선별되었다.
• 초신성 잔해(SNRs)와 행 星형운(PNe)과 같은 오염물질은 BPT 다이어그램과 선비율 진단(예: [OIII]5007/Hα 및 [SII]6731/Hα)을 통해 제외되었다.
• 전자 밀도는 [SII]6716/6731 선비율에서 계산되었으며, 전자 온도는 [SIII]6312/9069 비율에서 유도되었다.
• HeII 4686 선 지도를 사용하여 월프-레이테르 별 후보를 식별하였으며, 총 9개가 확인되었고, 그 중 7개는 신규 보고되었다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 NGC 7793의 총 Hα 빛기인도 중 확산 이온가스(DIG)에서 기인하는 비율은 얼마이며, 이는 선택 기준에 따라 어떻게 달라지나요?
• RQ2 DIG의 이온화 상태와 열적 구조는 어떻게 되며, HII 영역과 비교해보면 어떠한가요?
• RQ3 관측된 선비율을 설명하는 데 광이온화 모델 또는 충격 모델이 어느 정도 적합한가요?
• RQ4 이온가스의 속도 분산과 이온화 강도 사이의 상관관계는 무엇이며, 이는 이온화 메커니즘에 대해 어떤 시사점을 제공하나요?
• RQ5 HII 영역에서 탈출하는 이온화 복사가 DIG의 흥분에 기여하는 정도는 어느 정도인가요?

주요 결과

• Hα 표면 빛기인도 기반으로 선별한 경우 DIG의 총 Hα 빛기인도 기여율은 약 ~27%이며, Hα/[SII] 선비율 기반으로 선별한 경우 약 ~42%로 추정된다.
• DIG는 강화된 [SII]/Hα 및 [NII]/Hα 선비율을 보이며, 이는 다른 근접한 은하에서 관측된 바와 같이 낮은 이온화 상태를 반영한다.
• HII 영역과 DIG의 전자 밀도는 모두 주로 30 cm⁻³ 이하이며, 두 성분 간 유의미한 차이는 없다.
• DIG의 전자 온도는 HII 영역보다 약 ~3000 K 높으며, 은하수와의 유사한 결과로 비광이온화 가열 메커니즘이 존재함을 시사한다.
• 전자 온도와 Hα 표면 빛기인도 사이에 역상관관계가 관측되었으며, 이는 빛기인도가 낮은 영역에서 온도가 높다는, 은하수에서 관측된 바와 같은 현상과 일치한다.
• 속도 분산을 제3변수로 삼은 BPT 다이어그램은 DIG에서 HII 영역보다 가스의 속도 분산이 높게 나타남을 보여주며, 이는 광이온화를 초월한 과정—예를 들어 난류 또는 충격—이 흩어진 매질의 이온화에 상당한 기여를 하고 있음을 시사한다.