[논문 리뷰] The spiral galaxy M33 mapped in the FIR by ISOPHOT: A spatially resolved study of the warm and cold dust

H. Hippelein, M. Haas외 5명|ArXiv.org|2003. 06. 26.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 29인용 수 55

한 줄 요약

이 연구는 인프라레드 우주선체(ISP)의 ISOPHOT 기구를 통해 취득한 나설파고 M33의 공간 해상도가 높은 적외선 원격 감지(FIR) 맵을 이용하여 따뜻한(45 K) 및 차가운(17 K) 먼지 성분을 분리한다. 따뜻한 먼지는 OB 별에 의해 가열된 항성 형성 영역을 따라 분포하고 있으며, 차가운 먼지는 더 균일하게 분포되어 있으며 흩어진 간성간 방사선에 의해 가열된다. 국소적인 라디오-FIR 상관관계는 은하 전체의 과정이 아닌, HII 영역 내 전자 봉쇄에 의해 유도된다.

ABSTRACT

The Sc galaxy M33 has been mapped with ISOPHOT in the far-infrared, at 60, 100, and 170mue. The spatial resolution of these FIR maps allows the separation of spiral arms and interarm regions and the isolation of a large number of star-forming regions. The spectral energy distribution in the FIR indicates a superposition of two components, a warm one originating from dust at ~45K, and a cold one, at ~16K. The warm component is concentrated towards the spiral arms and the star-forming regions, and is likely heated by the UV radiation from OB stars. The cold component is more smoothly distributed over the disk, and heated by the diffuse interstellar radiation. For the about 60 star-forming regions detected the H-alpha/FIR flux ratio increases significantly with the distance from the galaxy center, probably due to decreasing extinction. An anti-correlation of F_Ha/F_60 with F_170 suggests the intrinsic extinction to be related to the cold dust surface brightness according to A_V/S_170~0.03mag/MJy*sr. For the total galaxy the star formation rate (SFR) derived from the FIR is in agreement with that derived from the de-extincted H-alpha emission. For individual star-forming regions, a consistency between SFRs derived from the optical and from the FIR requires only a fraction of the UV radiation to be absorbed locally. The individual star-forming regions also show a local radio-FIR correlation. This local correlation is, however, due to quite different components than to those that lead to the well-known global radio-FIR correlation for entire galaxies.

연구 동기 및 목표

• 고해상도 FIR 데이터를 이용하여 나선파고에서 따뜻한 및 차가운 먼지 성분의 공간 분포를 분리한다.
• 광학 및 라디오 방출과의 공간 형상 비교를 통해 먼지 성분의 가열 메커니즘을 조사한다.
• 먼지 흡수 효과를 고려하여 FIR 및 Hα 방출으로부터 유도된 항성 형성률 간의 일관성을 평가한다.
• 항성 형성 영역에서의 국소적인 라디오-FIR 상관관계의 기원을 분석하고, 은하 전체의 상관관계와 구별한다.

제안 방법

• 인프라레드 우주선체(ISP)의 ISOPHOT 기구를 사용하여 M33의 60, 100, 및 170 µm에서 깊은 FIR 맵을 래스터 스캔 모드로 취득한다.
• 하늘 배경을 보정하고 모자이킹 기법을 사용하여 북반구 및 남반구의 부분 맵을 조합하여 전체 디스크 및 배경을 커버한다.
• 은하 및 개별 영역의 스펙트럼 에너지 분포(SED)를 두 개의 수정된 플랑크 함수(β ∝ λ⁻²)로 피팅하여 따뜻한 및 차가운 먼지 성분을 분리한다.
• Hα 방출 및 라디오 데이터를 사용하여 항성 형성률을 상호 보정하고, F_Hα/F_60 복사율 비율을 통해 흡수 효과를 평가한다.
• FIR, Hα, 라디오 방출 간의 공간 상관관계를 분석하여 국소적인 라디오-FIR 상관관계의 기원을 조사한다.
• A_V/S_170 ∼ 0.03 mag MJy⁻¹ sr 관계를 기반으로 한 흡수 모델을 적용하여 항성 형성 영역 내 먼지 흡수를 정량화한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 M33에서 따뜻한 및 차가운 먼지 성분의 공간 분포는 어떻게 되며, 광학 및 라디오 방출과 어떻게 상관관계가 있는가?
• RQ2 따뜻한 먼지와 차가운 먼지의 가열 메커니즘은 어떻게 다르며, OB 별과 흩어진 간성간 방사선은 각각 어떤 역할을 하는가?
• RQ3 거대 별의 자외선 복사가 HII 영역 내에서 얼마나 국소적으로 흡수되는가? 이는 FIR 및 Hα로부터 유도된 항성 형성률 간의 일관성에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 개별 항성 형성 영역에서 국소적인 라디오-FIR 상관관계는 무엇에 의해 발생하는가? 이는 은하 전체의 라디오-FIR 상관관계와 어떻게 다를까?
• RQ5 관측된 F_Hα/F_60 비율은 170 µm 표면 밝기와 어떻게 관련되어 있으며, 이는 먼지 흡수에 대해 어떤 함의를 갖는가?

주요 결과

• M33의 FIR 복사에는 약 45 K의 따뜻한 먼지 성분이 포함되어 있으며, 이는 나선파고와 HII 영역에 집중되어 있으며 주로 OB 별의 자외선 복사에 의해 가열된다.
• 약 17 K의 차가운 먼지 성분은 디스크 전반에 걸쳐 더 균일하게 분포되어 있으며, 흩어진 간성간 복사장에 의해 가열된다.
• Hα/FIR 복사율 비율은 은하 중심에서의 거리가 멀어질수록 증가하며, 외곽 영역에서의 흡수 감소를 나타내며, A_V/S_170 ∼ 0.03 mag MJy⁻¹ sr 관계와 일치한다.
• FIR 및 복원된 Hα 방출로 유도된 항성 형성률은 전체 은하에 대해 일관되며, FIR 기반 항성 형성률 추정의 신뢰성을 뒷받침한다.
• 개별 HII 영역에서 광학 및 FIR 기반 항성 형성률 간의 일관성은 자외선 복사의 일부만 국소적으로 흡수됨을 시사하며, 상당한 비율의 복사가 탈출하고 있음을 시사한다.
• 항성 형성 영역에서는 국소적인 라디오-FIR 상관관계가 존재하지만, 이는 주로 초신성 잔해에서 상대론적 전자 봉쇄 및 국소적 먼지 흡수에 의해 발생하며, 은하 전체의 라디오-FIR 상관관계와 같은 메커니즘은 아니다.