[논문 리뷰] The Herschel Virgo Cluster Survey: X.The relationship between cold dust and molecular gas content in Virgo spirals

E. Corbelli, S. Bianchi외 17명|UWA Profiles and Research Repository (University of Western Australia)|2012. 04. 20.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 1인용 수 47

한 줄 요약

이 연구는 허셜 원적외선 데이터와 CO/원자 수소 측정을 이용하여 35개의 후기형 바이로 클러스터 나설파악의 냉기 먼지와 분자가스 간의 관계를 조사한다. 먼지 질량은 원자 또는 분자 성분 중 어느 하나만으로도 총 가스 질량보다 더 강하게 상관관계를 보이며, HI 부족도가 증가함에 따라 먼지 대 가스 비율이 증가하는 것으로 나타나 원자 가스의 선택적 제거가 일어나며, 분자 가스는 덜 영향을 받는 것으로 나타나 환경적 영향이 가스 상에 다르게 작용함을 시사한다.

ABSTRACT

Using the far-infrared emission, as observed by the Herschel Virgo Cluster Survey (HeViCS), and the integrated HI and CO brightness, we infer the dust and total gas mass for a magnitude limited sample of 35 metal rich spiral galaxies in Virgo. The CO flux correlates tightly and linearly with far-infrared fluxes observed by Herschel. Molecules in these galaxies are more closely related to cold dust rather than to dust heated by star formation or to optical/NIR brightness. We show that dust mass establishes a stronger correlation with the total gas mass than with the atomic or molecular component alone. The dust-to-gas ratio increases as the HI deficiency increases, but in highly HI deficient galaxies it stays constant. Dust is in fact less affected than atomic gas by weak cluster interactions, which remove most of the HI gas from outer and high latitudes regions. Highly disturbed galaxies, in a dense cluster environment, can instead loose a considerable fraction of gas and dust from the inner regions of the disk keeping constant the dust-to-gas ratio. There is evidence that the molecular phase is also quenched. This quencing becomes evident by considering the molecular gas mass per unit stellar mass. Its amplitude, if confirmed by future studies, highlights that molecules are missing in Virgo HI deficient spirals, but to a somewhat lesser extent than dust.

연구 동기 및 목표

• 후기형 바이로 클러스터 은하에서 먼지 질량이 총 가스 질량 또는 분자 가스 질량을 어떻게 추적할 수 있는지 규명하기 위해.
• HI 부족도로 정량화된 은하단 환경이 먼지 대 가스 비율과 분자 분율에 미치는 영향을 평가하기 위해.
• 원자 가스보다 먼지와 분자 가스가 환경적 제거에 더 잘 견디는지 비교하여 평가하기 위해.
• 은하 형상 또는 금속성 농도에 관계없이 CO에서 H2로의 변환 인자(X_CO)의 안정성을 평가하기 위해.

제안 방법

• HeViCS 조사에서 허셜 PACS 및 SPIRE 기구를 이용해 100–500 μm 범위의 원적외선 먼지 복사량을 측정하였다.
• 수정된 블랙바디 복사 모델을 가정하여 원적외선 복사의 스펙트럼 에너지 분포 피팅을 통해 먼지 질량을 추정하였다.
• CO J=1–0 선 강도와 HI 선 측정값을 조합하여 분자 및 원자 가스 질량을 유도하였다.
• 가스 함량에 대한 환경적 영향를 정량화하기 위해 HI 부족도 지표를 계산하였다.
• 광학/적외선 볼로메트리 데이터로부터 은하의 항성 질량을 확보하고, 먼지 대 항성 질량 비율과 가스 대 항성 질량 비율을 계산하였다.
• CO에서 H2로의 변환 인자(X_CO)에 대한 가정을 다양하게 변경하여 결과의 안정성을 시험하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 바이로 나선파악에서 먼지 질량은 총 가스 질량, 원자 가스, 분자 가스 중 어느 것과 더 강하게 상관관계를 가지는가?
• RQ2 HI 부족도에 따라 먼지 대 가스 비율은 어떻게 변화하며, 이는 환경적 제거 메커니즘에 대해 어떤 통찰을 제공하는가?
• RQ3 HI 부족도가 높은 은하에서는 분자 가스가 억제되는가? 만약 그렇다면, 먼지보다 얼마나 심각하게 억제되는가?
• RQ4 표본 전반에 걸쳐 CO에서 H2로의 변환 인자는 어느 정도 변하는가? 그리고 금속성 또는 형상과 같은 은하 특성에 따라 영향을 받는가?
• RQ5 은하단 환경에서 먼지와 분자 가스 질량은 항성 질량과 어떻게 스케일링되는가?

주요 결과

• CO J=1–0 강도와 허셜 원적외선 복사량 사이에 밀도 있는 선형 상관관계가 존재하며, 특히 160, 250, 350 μm에서 두드러져 냉기 먼지와 분자 가스 간의 강한 연관성을 시사한다.
• 먼지 질량은 원자 가스와 분자 가스 중 어느 하나만으로도 총 가스 질량(원자 + 분자)보다 더 강하게 상관관계를 보이며, 이는 먼지가 총 가스 저축을 더 잘 추적함을 시사한다.
• HI 부족도가 증가함에 따라 먼지 대 가스 비율이 증가하는 것으로 나타나 원자 가스가 먼지보다 더 효율적으로 제거됨을 시사하며, 먼지는 디스크 평면에 더 고정되어 있음을 나타낸다.
• 매우 높은 HI 부족도를 보이는 은하는 비부족 은하에 비해 단위 항성 질량당 먼지 질량이 최대 75% 낮아, 환경적 먼지 감소를 확인한다.
• HI 부족도가 높은 나선파악에서 분자 가스 억제의 증거가 있으며, 단위 항성 질량당 분자 가스가 감소하지만, 먼지보다 덜 심각하게 감소함을 보여준다.
• HI 부족도가 증가할수록 분자 분율이 증가하는 것으로 나타나 분자 가스는 원자 가스보다 환경적 영향을 덜 받으며, 이는 디스크 내에 고정되어 있기 때문일 수 있음을 시사한다.