[논문 리뷰] The origin of the ionization of the diffuse interstellar medium in spiral galaxies. II. Modelling the distribution of ionizing radiation in NGC 157

A. Zurita, J. E. Beckman외 2명|ArXiv.org|2001. 08. 08.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 32인용 수 41

한 줄 요약

이 연구는 NGC 157의 확산 이온화 가스(DIG) 기원을 모델링하기 위해, H II 영역에서 탈출하는 이온화 광자들이 관측된 Hα 발광을 설명할 수 있는지 테스트한다. H II 영역의 목록과 H I 표면 밀도 맵을 사용하여, 저광도 H II 영역에 대해 일정한 탈출 분율과 고광도 영역에 대해 증가하는 분율을 가정한 모델이 관측된 DIG 분포를 가장 잘 재현함을 보여, H II 영역이 주요 이온화 원천임을 지지한다.

ABSTRACT

In this paper we make a quantitative study of the hypothesis that the diffuse H-alpha emitted from the discs of spiral galaxies owes its origin to the ionizing photons escaping from HII regions. We use the H-alpha measurements of the complete set of HII regions in the spiral NGC 157, for which an HI density map was available, to derive a family of models which predict the ionizing photon distribution in the disc of this galaxy. The predicted diffuse H-alpha surface brightness distributions from our models were compared with the observed distributions showing that, in general terms, the hypothesis of density bounding for the HII regions allows us to predict well the spatial distribution of the diffuse ionized gas. In the model yielding the best fit to the data, the regions of lower luminosity lose a constant fraction of their ionizing flux to their surroundings, while for HII region luminosities above a specific transition value the ionizing escape fraction is a rising function of the Ha luminosity.

연구 동기 및 목표

• 스피RAL 은하에서 확산 이온화 가스(DIG)의 이온화를 주로 차지하는 것은 H II 영역에서 탈출하는 이온화 광자라는 가설을 테스트하기 위해.
• NGC 157에서 H II 영역의 이온화 복사의 공간 분포와 그것이 확산 간성 매질을 통과할 때의 전달 특성을 정량화하기 위해.
• 관측된 DIG의 Hα 표면 빛줄기 밝기가 H II 영역에서 탈출하는 이온화 복사 유량 기반 모델로 재현될 수 있는지 평가하기 위해.
• 관측 자료인 Hα 및 H I 맵을 활용하여 H II 영역 광도에 따른 이온화 광자 탈출 분율의 의존성을 규명하기 위해.
• 일정한 탈출 분율 모델과 가장 광도가 높은 영역에서만 탈출이 일어나는 모델 등 다양한 경쟁 모델을 관측된 DIG 형태와 비교하여 평가하기 위해.

제안 방법

• 저광도 한계까지의 Hα 광도 및 공간 분포 자료를 사용하여 NGC 157의 H II 영역 목록을 구축하였다.
• 관측된 Hα 광도와 가정된 탈출 분율에 기반하여 각 H II 영역의 탈출 이온화 복사 유량을 매개변수화 하였다.
• 확산 간성 매질을 통과할 동안 이온화 광자가 감쇠되는 방식을 모델링하기 위해 측정된 H I 표면 밀도 맵을 사용하였다.
• 재결합과 충돌에 의한 자극을 고려하여 이온화 광자 유량을 Hα 복사 유량으로 변환하기 위해 내림환산 모델을 적용하였다.
• 모델에서 유도된 합성 Hα 표면 빛줄기 맵을 관측된 맵과 잔차 분석 및 히스토그램 비교를 통해 비교하였다.
• 잔차의 시각적 점검과 다양한 탈출 분율 및 투과도 파rameter를 가진 모델 간의 통계적 차별화를 통해 모델의 품질을 평가하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 NGC 157에서 관측된 확산 Hα 발광의 공간 분포는 H II 영역에서 탈출하는 이온화 광자에 의해 재현될 수 있는가?
• RQ2 NGC 157의 H II 영역에서 Hα 광도에 따라 이온화 광자 탈출 분율은 어떻게 변하는가?
• RQ3 H II 영역에서 밀도 구속(density bounding) 가정이 관측된 DIG 형태에 대해 타당한 설명을 제공하는가?
• RQ4 일정한 탈출 분율 모델과 광도에 따라 변하는 탈출 분율 모델 중 어느 것이 데이터에 더 잘 부합하는가?
• RQ5 DIG의 총 Hα 광도는 H II 영역의 탈출만으로 설명될 수 있는가, 아니면 추가적인 이온화 원천이 필요할까?

주요 결과

• H II 영역에서 이온화 광자가 일정한 탈출 분율을 가진다는 가정을 한 모델은 NGC 157의 확산 이온화 가스의 관측된 Hα 표면 빛줄기 분포와 양호한 일치를 보였다.
• DIG의 총 통합 Hα 광도를 재현하기 위해 일정한 70% 탈출 분율이 필요하지만, 이 값은 물리적으로 타당하지 않다.
• 최적의 맞춤 모델은 저광도 H II 영역에 대해 일정한 20% 탈출 분율을, Hα 광도가 전이 값 LStr를 초과하는 영역에 대해는 증가하는 탈출 분율을 가진다.
• LStr 이하의 Hα 광도를 가진 영역들도 여전히 DIG 이온화에 기여하고 있어, 저광도 H II 영역에서도 이온화 광자가 탈출해야 함을 시사한다.
• 가장 광도가 높은 H II 영역에서만 탈출이 일어난다는 가정의 모델은 북쪽 팔에서 저광도 영역이 지배하는 지역에서 관측된 DIG 발광을 재현하지 못한다.
• 결과는 H II 영역이 NGC 157의 확산 이온화 가스에 대한 주요이고, 아마도 지배적인 이온화 원천임을 강력히 지지한다.