[논문 리뷰] The interstellar cold dust observed by COBE

G. Lagache, A. Abergel외 2명|ArXiv.org|1998. 12. 30.

Astrophysics and Star Formation Studies참고 문헌 2인용 수 7

한 줄 요약

이 논문은 COBE 미션의 DIRBE 및 FIRAS 기구를 사용하여 고위도 먼지 방출을 분석하여, 분자운과 관련된 약 15 K의 차가운 먼지 성분을 발견하였다. 특히 Taurus와 같은 침체된 영역에서 두드러지게 나타났다. 이 연구는 약 7 K의 매우 차가운 성분이 필요하지 않음을 규명하여, 따뜻한 먼지와 차가운 먼지 성분이 함께 관측된 적외선 스펙트럼을 잘 재현함으로써 추가적인 차가운 방출이 필요하지 않음을 보여주었다.

ABSTRACT

Using DIRBE and FIRAS maps at high latitude ($|b|>10^{\circ}$) we derive the spatial distribution of the dust temperature associated with the diffuse cirrus and the dense molecular clouds. For a $ν^2$ emissivity law, we find that the equilibrium dust temperature of the cirrus is about 17.5 K with only small variations over the high latitude sky. Comparison of the far Infrared DIRBE maps shows the presence of a colder emission component with a temperature around 15 K, assuming a $ν^2$ emissivity law. The lowest values of the temperature found in the cold regions ($\sim 13 K$) are compatible with the results recently obtained for dense cores in star forming regions by the balloon-borne experiment SPM-PRONAOS (Ristorcelli et al., 1996, 1998, Serra et al., 1997). This cold component is in particular present in the direction of known molecular complexes with low star forming activity such as Taurus. The association between the cold component and molecular clouds is further demonstrated by the fact that all sky pixels with significant cold emission have an excess IR emission with respect to the high latitude IR/HI correlation. We have deduced a threshold value of the column density, $N_{HI} = 2.5 10^{20} H/cm^2$, below which cold dust is not detected within the FIRAS beam of $\sim 7\degr$. We have re-examined the problem of the existence of a very cold dust component ($T \sim 7 K$) by combining DIRBE maps of the cold emission with FIRAS spectra, corrected for the isotropic component found in Puget et al. (1996). The warm and cold component deduced from the analysis of DIRBE maps account for the Galactic FIRAS spectra with no need for a very cold component ($T\sim7$ K).

연구 동기 및 목표

• 우주간 매질의 희박한 상황과 조밀한 상황에서의 간성간 먼지의 공간 분포와 온도를 규명하기 위해.
• COBE 데이터를 활용하여 간성간 매질 내 약 7 K의 매우 차가운 먼지 성분 존재 여부를 조사하기 위해.
• 차가운 먼지 방출과 분자운 간의 연관성을 특히 저별성 형성 영역에서 평가하기 위해.
• 보정된 FIRAS 데이터와 DIRBE 지도를 사용하여 적외선 스펙트럼 에너지 분포를 재평가하기 위해.
• 은하수 평면 내에서 차가운 먼지를 탐지하기 위한 임계 열량 밀도를 설정하기 위해.

제안 방법

• |b| > 10°인 고위도 DIRBE 및 FIRAS 지도 분석을 통해 희박하고 차가운 먼지 방출을 분리하기 위해.
• 스펙트럼 에너지 분포에서 먼지 온도를 유도하기 위해 ν² 방출 법칙을 가정하기 위해.
• 주로 원추형 성분을 초월한 더 차가운 방출 성분을 식별하기 위해 적외선 원거리 DIRBE 지도를 비교하기 위해.
• Puget 등(1996)의 결과를 사용하여 FIRAS 스펙트럼의 등방성 성분을 보정하기 위해.
• HI 상관관계를 초월한 초과 적외선 방출을 분자운 연관성의 지표로 식별하기 위해.
• FIRAS 빔(~7°) 내에서 차가운 먼지를 탐지할 수 있는 임계 열량 밀도(N_HI = 2.5 × 10²⁰ H/cm²)를 유도하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 COBE가 관측한 고위도 간성간 매질에서 차가운 먼지의 공간 분포와 온도는 무엇인가요?
• RQ2 이전 연구에서 제기한 바와 같이 간성간 매질 내 약 7 K의 매우 차가운 먼지 성분이 존재하는가요?
• RQ3 저별성 형성 활동 영역에서 차가운 먼지 성분은 분자운과 어떻게 관련되어 있나요?
• RQ4 DIRBE 지도에서 관측된 따뜻한 먼지와 차가운 먼지 성분이 적외선 전체 스펙트럼(FIRAS)을 얼마나 잘 설명하는가요?
• RQ5 FIRAS 빔 내에서 차가운 먼지를 탐지하기 위해 필요한 최소한의 HI 열량 밀도는 얼마인가요?

주요 결과

• 희박한 원추형 성분의 평형 먼지 온도는 약 17.5 K이며, 고위도 천구 전역에서 최소한의 변동을 보였다.
• 특히 Taurus와 같이 저별성 형성 활동이 적은 영역에서 DIRBE 지도에서 약 15 K의 더 차가운 먼지 성분이 감지되었다.
• 관측된 가장 차가운 먼지 온도는 약 13 K였으며, SPM-PRONAOS 고도기지 실험에서 측정된 조밀한 핵심 영역의 측정치와 일치했다.
• 중요한 차가운 방출을 보이는 천구 전역의 픽셀들은 고위도 적외선/히드로젠 상관관계를 초월한 초과 적외선 방출을 보였으며, 이는 분자운과의 연관성을 확인하였다.
• FIRAS 빔 내에서 차가운 먼지를 탐지할 수 없는 임계 열량 밀도(N_HI = 2.5 × 10²⁰ H/cm²)가 확인되었다.
• DIRBE 지도에서 유도된 따뜻한 먼지와 차가운 먼지 성분의 조합이 은하의 FIRAS 스펙트럼을 완전히 설명하며, 약 7 K의 매우 차가운 성분이 필요하지 않음을 보여주었다.