[논문 리뷰] The Opacity of Spiral Galaxy Disks V: dust opacity, HI distributions and sub-mm emission

Benne W. Holwerda, R. A. González외 2명|University of Groningen research database (University of Groningen / Centre for Information Technology)|2005. 08. 02.

Astrophysics and Star Formation Studies참고 문헌 37인용 수 16

한 줄 요약

이 연구는 허블 우주망원경 이미지에서 배경은하수의 수를 이용해 나선은하 디스크 내 먼지 투과도를 측정하기 위해 합성장 방법(SFM)을 사용한다. 이를 통해 HI 기둥 밀도 및 밀리미터파 방출과 비교한다. 이전 추정치보다 먼지와 HI의 비율이 더 높은 것으로 나타나, 이는 이전 방법이 온도 의존성으로 인해 먼지를 과소평가했음을 시사한다. 또한 M51에서 SFM 투과도와 밀리미터파 관측 결과 간 양호한 일치를 보이며, SFM가 진정된 먼지 함량을 온도에 민감하지 않게 측정할 수 있는 수단임을 보여준다.

ABSTRACT

The opacity of spiral galaxy disks, from counts of distant galaxies, is compared to HI column densities. The opacity measurements are calibrated using the ``Synthetic Field Method'' from Gonzalez et al (1998) and Holwerda et al. (2005a). When compared for individual disks, the HI column density and dust opacity do not seem to be correlated as HI and opacity follow different radial profiles. To improve statistics, an average radial opacity profile is compared to an average HI profile. Compared to dust-to-HI estimates from the literature, more extinction is found in this profile. This difference may be accounted for by an underestimate of the dust in earlier measurements due to their dependence on dust temperature. Since the SFM is insensitive to the dust temperature, the ratio between the SFM opacity and HI could very well be indicative of the true ratio. Earlier claims for a radially extended cold dust disk were based on sub-mm observations. A comparison between sub-mm observations and counts of distant galaxies is therefore desirable. We present the best current example of such a comparison, M51, for which the measurements seem to agree. However, this remains an area where improved counts of distant galaxies, sub-mm observations and our understanding of dust emissivity are needed.

연구 동기 및 목표

• 허블 우주망원경 이미지에 합성장 방법(SFM)을 적용하여 나선은하 디스크 내 먼지 투과도를 보정한다.
• 투과도의 균형 분포를 HI 표면 밀도 프로파일과 비교하여 가스-먼지 상관관계를 평가한다.
• 특히 M51에 대해 SFM로 유도된 투과도와 밀리미터파 방출 데이터 간 일관성을 평가한다.
• 이전 연구에서 온도에 의존하는 먼지 측정이 진정된 먼지와 HI 비율을 과소평가했는지 판단한다.
• 은하수 계수와 밀리미터파 관측을 조합하여 확장된 차가운 먼지 디스크를 맵핑할 잠재력을 평가한다.

제안 방법

• SFM가 HST WFPC2 이미지에 적용되어 평균 배경은하의 어두워짐을 유추하고, 이를 먼지 투과도로 정량화한다.
• 다양한 영역에서 개별 나선은하의 투과도 프로파일을 추출하여 노이즈를 줄이기 위해 평균화한다.
• 동일한 은하에 대해 문헌에서 확보한 HI 표면 밀도 프로파일을 편성하여 반경 방향 비교를 가능하게 한다.
• SCUBA 관측에서 유도된 밀리미터파 방출 프로파일(예: 850 μm)을 직접 SFM 결과와 비교하기 위해 투과도로 변환한다.
• SFM 투과도와 HI 자료로부터 먼지와 HI 비율을 계산하며, SFM의 온도 독립성에 주의를 기울인다.
• 공간적으로 일치하는 영역과 일관된 반경 범위를 사용하여 M51에서 SFM 투과도와 밀리미터파 방출을 직접 비교한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 개별 나선은하 디스크에서 먼지 투과도와 HI 표면 밀도 사이에 반경 방향 상관관계가 존재하는가?
• RQ2 SFM로 유도된 먼지 투과도는 온도에 의존하는 방법보다 더 높은 먼지와 HI 비율을 제공하는가?
• RQ3 SFM 투과도 프로파일이 M51에서 밀리미터파 방출 프로파일과 어느 정도 일치하는가?
• RQ4 SFM는 나선디스크에서 진정된 먼지와 HI 비율을 온도에 민감하지 않게 측정할 수 있는 수단이 될 수 있는가?
• RQ5 은하수 계수와 밀리미터파 관측으로부터 유추된 차가운 먼지 디스크의 반경 범위는 어느 정도인가?

주요 결과

• 개별 디스크 영역에서는 HI 기둥 밀도와 먼지 투과도 사이에 빈약한 상관관계가 나타나며, 이는 중심부의 투과도 피크와 HI 저하, 높은 측정 불확실성으로 인한 것으로 보인다.
• SFM로 유도된 먼지와 HI 비율은 이전 연구보다 더 높으며, 이는 이전 추정치가 먼지 온도 가정에 의존함으로써 먼지를 과소평가했음을 시사한다.
• SFM 투과도 프로파일은 M51에서 둘 다 투과도로 변환되었을 때 밀리미터파 방출 프로파일과 양호한 일치를 보이며, 두 방법 간의 일관성을 확인한다.
• 먼지 투과도의 반경 프로파일은 광학 디스크를 초월하여 연장되어 있으며, 반경 방향으로 확장된 차가운 먼지 성분 존재를 지지한다.
• SFM 방법은 먼지 온도 영향에 강건하여, SED 기반 방법보다 진정된 먼지와 HI 비율을 더 신뢰할 수 있는 지표로 제공한다.
• 차가운 먼지 디스크의 반경 범위를 확인하기 위해 더 많은 원거리 은하의 수치, 더 깊은 밀리미터파 맵, 더 나은 먼지 방출성 모델이 필요하다.