[논문 리뷰] The Infrared Continuum Radiation of NGC1808 : A PAH and Polarisation Study

R. Siebenmorgen, E. Krügel외 1명|ArXiv.org|2001. 07. 05.

Astrophysics and Star Formation Studies참고 문헌 34인용 수 24

한 줄 요약

이 연구는 ISO ISOCAM 자료를 이용해 NGC1808의 은하간 중적외선 편광도를 처음으로 제시하며, 6 μm에서 최대 20%의 편광도와 170 μm에서 2.5%의 편광도를 관측하였다. 저자들은 대규모 자기장에 의해 정렬된 큰 먼지 입자(≥100 Å)가 편광된 복사를 발생시킨다고 제안하며, 중심 OB 별 주변의 국소적 난방 영역을 포함한 복사전달 모델이 중적외선 연속스펙트럼과 PAH 특징을 성공적으로 설명하며, 13 μm를 초과하는 새로운 탐지된 평탄한 구간을 포함한다.

ABSTRACT

The paper is devoted to the understanding of the infrared emission of nuclear regions in galaxies. a) ISO data of NGC1808 are presented: spectro--photometry from 5.1 to 16.4 mic., a 25"x25" map at 6 mic. and 170mic. photometry. b) The data are complemented by a polarization measurement at 170 mic. (2.5+/-0.4% at position angle 94+/-5deg) and a map at 6 mic. In the map, the degree of polarisation goes up to 20% in the outer regions. We argue that the polarisation is produced by emission of big grains and exclude very small grains and PAHs or scattering and extinction. c) The mid infrared spectrum shows, beside the main emission bands, a so far unknown plateau of PAH features in the >13 mic.region. d) The total spectrum can be fit under the assumption of optically thin emission. However, such a model fails to reproduce the 25mic. point and implies that the mid infrared is due to very small grains and PAHs. These particles would then also have to be responsible for the 6 mic. polarisation, which is unlikely. e) To avoid these difficulties, we successfully turn to a radiative transfer model whose major feature is the existence of (hot spots) produced by the dust clouds around OB stars. We demonstrate the decisive influence on the mid infrared spectrum of both the PAHs and the hot spots.

연구 동기 및 목표

• 은하폭발 은하 NGC1808의 핵부에서 중적외선 연속스펙트럼과 편광의 기원을 이해하기 위해.
• 광학적으로 얇은 모델과 관측된 25 μm 복사강도 사이의 괴리 문제를 해결하기 위해 국소적 난방 메커니즘을 도입하기 위해.
• 관측된 중적외선 복사와 편광의 원인이 PAH, 매우 작은 입자, 또는 큰 입자 중 무엇인지를 규명하기 위해.
• OB 별 주변의 난방 영역—즉, 먼지로 이루어진 막대—이 중적외선 스펙트럼과 편광을 어떻게 형성하는지 조사하기 위해.
• 대규모 자기장이 큰 입자를 정렬시켜 은하핵에서 검출 가능한 편광도를 생성할 수 있는지 테스트하기 위해.

제안 방법

• ISO ISOCAM를 사용해 NGC1808의 6 μm와 170 μm 편광 영상 촬영을 수행하였으며, 캘리브레이션을 위해 3개의 편광판과 반복 사이클을 사용하였다.
• 5.1에서 16.4 μm 사이의 스펙트로광도 측정을 수행하여 복사대역을 해석하고 새로운 PAH 특징을 탐지하였다.
• 중심 OB 별에 의해 가열된 국소적 난방 영역—즉, 구형 먼지 구름—을 포함한 복사전달 모델링을 수행하였으며, ISRF와 별 가열을 모두 통합하였다.
• 자기 일관성 있는 모델을 사용하여 난방 영역을 후행적으로 추가하는 것이 아니라 전체 복사전달 계산에 통합하였다.
• 난방 영역과 PAH가 있는 모델과 없는 모델을 비교하여 중적외선 스펙트럼에 기여하는 요소를 분리하였다.
• 매우 작은 입자와 PAH가 편광에 기여하는 정도를 평가하였으며, 편광도와 파장 의존성에 기반해 이를 배제하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 NGC1808에서 관측된 중적외선 편광의 원인은 무엇이며, 이는 큰 먼지 입자에서 발생하는 복사로 기인할 수 있는가?
• RQ2 왜 광학적으로 얇은 모델은 25 μm 복사강도 점을 재현하지 못하며, 어떤 물리적 메커니즘이 이 괴리를 해결하는가?
• RQ3 13 μm를 초과하는 새로운 탐지된 복사대역 평탄한 부분은 PAH에 기인한 것인가?
• RQ4 OB 별 주변의 국소적 난방 영역이 중적외선 연속스펙트럼과 편광에 얼마나 기여하는가?
• RQ5 대규모 자기장이 큰 먼지 입자를 정렬시켜 은하핵에서 관측된 편광도 수준을 생성할 수 있는가?

주요 결과

• 6 μm에서의 중적외선 편광도도는 외곽부에서 최대 20%의 편광도를 보이며, 이는 은하간에서 처음으로 관측된 사례이다.
• 170 μm에서의 적외선 원거리 편광도는 2.5% ± 0.4%이며, 위치각은 94° ± 5°로, 대규모 정렬을 시사한다.
• 13 μm를 초과하는 PAH 특징의 평탄한 부분이 탐지되었으며, 이는 이전에 은하에서 보고된 바가 없는 특징이며, 통합 흡수 단면적을 유도하였다.
• 난방 영역을 포함한 복사전달 모델은 광학적으로 얇은 모델이 실패한 25 μm 복사강도 점을 성공적으로 재현하였다.
• 난방 영역은 중적외선 연속스펙트럼에 크게 기여하며, 약 50%의 6 μm 복사강도가 큰 입자에서 기인하여, 이들이 편광에 기여하는 역할을 뒷받침한다.
• 매우 작은 입자와 PAH는 복사와 편광에 거의 기여하지 않으며, 큰 입자(≥100 Å)가 편광된 복사의 주요 기여자이다.