[논문 리뷰] The Milky Way halo as a QSO absorption-line system. New results from an HST/STIS absorption-line catalogue of Galactic high-velocity clouds

Peter Herenz, P. Richter외 2명|arXiv (Cornell University)|2013. 01. 07.

Astrophysics and Star Formation Studies참고 문헌 79인용 수 13

한 줄 요약

이 연구는 허블 우주망원경/스피로스(STIS)의 우주선 UV 흡수선 데이터를 사용하여 은하수의 할로에서 간섭 흡수체로 작용하는 고속 구름(HVCs)을 분석한다. 47개의 은하계 외부 QSO 시선을 따라 분석한 결과, 외부에서 관측할 경우 HVCs는 은하수의 총 강한 Mg ii 흡수단면적의 약 52% 기여함을 발견하였다. 이는 HVCs가 국소 우주에서 강한 Mg ii 흡수체의 소규모이지만 무시할 수 없는 기여자임을 시사하며, 은하의 별 형성에서 유래하는 분출 기반 흡수체가 관측된 인구를 지배할 가능성이 높다.

ABSTRACT

We use archival UV absorption-line data from HST/STIS to statistically analyse the absorption characteristics of the high-velocity clouds (HVCs) in the Galactic halo towards more than 40 extragalactic background sources. We determine absorption covering fractions of low- and intermediate ions (OI, CII, SiIII, MgII, FeII, SiIII, CIV, and SiIV) in the range fc = 0.20 - 0.70. For detailed analysis we concentrate on SiII absorption components in HVCs, for which we investigate the distribution of column densities, b-values, and radial velocities. Combining information for SiII and MgII, and using a geometrical HVC model we investigate the contribution of HVCs to the absorption cross section of strong MgII absorbers in the local Universe. We estimate that the Galactic HVCs would contribute on average ~52 % to the total strong MgII cross section of the Milky Way, if our Galaxy were to be observed from an exterior vantage point. We further estimate that the mean projected covering fraction of strong MgII absorption in the Milky Way halo and disc from an exterior vantage point is fc(sMgII) = 0.31 for a halo radius of R = 61 kpc. These numbers, together with the observed number density of strong MgII absorbers at low redshift, indicate that the contribution of infalling gas clouds (i.e., HVC analogues) in the halos of Milky Way-type galaxies to the cross section of strong MgII absorbers is <34 %. These findings are in line with the idea that outflowing gas (e.g., produced by galactic winds) in the halos of more actively star-forming galaxies dominate the absorption-cross section of strong MgII absorbers in the local Universe.

연구 동기 및 목표

• 국소 우주에서 강한 Mg ii 흡수체의 흡수단면적에 대한 은하수 고속 구름(HVCs)의 기여도를 정량화하는 것.
• UV 분광법을 사용하여 금속 이온(Si ii, Mg ii, C iv 등)의 통계적 흡수 특성을 평가하는 것.
• HVCs가 저 redshift QSO 스펙트럼에서 관측된 강한 Mg II 흡수체의 상당한 비율을 차지할 수 있는지 확인하는 것.
• 외부 관점에서 은하수 할로의 강한 Mg II 흡수의 커버리지 비율을 모델링하는 것.
• 유입 HVCs와 분출 기반 흡수체가 관측된 Mg II 흡수 함수를 형성하는 데 수행하는 역할을 비교하는 것.

제안 방법

• 47개의 은하계 외부 QSO 방향으로 향한 기록된 HST/STIS UV 스펙트럼 분석을 통해 은하수 HVCs의 금속 이온에서 발생하는 흡수선을 탐지하는 것.
• 열량 밀도 임계값을 사용하여 O i, C ii, Si ii, Mg ii, Fe ii, Si iii, C iv, Si iv 등의 이온에 대한 흡수 커버리지 비율(f_c)을 계산하는 것.
• STIS 밴드 내 Si ii 전이를 중성 및 약하게 이온화된 기체의 추적자로 사용하며, 열량 밀도 분포 함수를 멱법칙에 맞추는 것.
• 비열역학적 선 broadening과 HVC 구성요소의 운동학적 구조를 추론하기 위해 도플러 파arameter(b-value) 분석을 수행하는 것.
• 은하수와 M31 할로 시스템의 기하학적 모델링을 통해 HVCs에 의한 강한 Mg II 흡수의 투영 커버리지 비율을 추정하는 것.
• HVC 데이터를 Richter(2012)의 할로 모델과 조합하여 반경 61 kpc인 할로에 대해 평균 커버리지 비율 ⟨f_c,sMgII⟩를 계산하는 것.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 HST/STIS UV 스펙트럼을 통해 관측된 은하수 고속 구름(HVCs)의 금속 이온에 대한 커버리지 비율은 얼마인가요?
• RQ2 HVCs는 은하수의 총 강한 Mg II 흡수단면적에 얼마나 기여합니까?
• RQ3 HVCs의 Si II 구성요소의 열량 밀도 분포와 21 cm 조사에서의 H I 분포는 어떻게 비교되나요?
• RQ4 만약 은하수를 외부에서 관측한다면, 국소 우주에서 강한 Mg II 흡수체의 어느 정도가 HVCs에 기인하는가요?
• RQ5 관측된 강한 Mg II 흡수체 인구는 주로 유입 HVCs에 의해 형성되는가, 아니면 별 형성 은하의 분출에 의해 형성되는가요?

주요 결과

• Si II의 흡수 커버리지 비율은 log N(Si II) ≥ 12.25일 때 fc(Si II) = 0.67이며, 이는 log N(H I) ≥ 17.8일 때의 H I 메쉬 인덱스보다 유의미하게 높다.
• 고속 Si II 흡수의 약 70%가 음의 도플러 속도에서 관측되며, 이는 중성 및 약하게 이온화된 기체의 순수 유입을 시사한다.
• HVCs 내 Si II 구성요소의 열량 밀도 분포는 단일 기울기 멱법칙으로 잘 설명되지 않지만, 적합 결과 β = 1.34 ± 0.12를 얻었으며, 이는 H I 멱법칙 기울기 약 1.5보다 더 얕다.
• 내부 관점에서 은하수 할로의 강한 Mg II 흡수의 커버리지 비율은 fc,sMgII,halo,i = 0.34 ± 0.09이다.
• 외부에서 모델링한 결과, HVCs는 은하수의 총 강한 Mg II 흡수단면적의 약 52%를 기여한다.
• 반경 61 kpc인 은하수 할로와 디스크의 평균 투영 커버리지 비율은 ⟨fc,sMgII⟩ = 0.31이며, 이는 HVCs가 z=0에서 강한 Mg II 흡수체의 수밀도에 34% 미만 기여함을 시사한다.