[논문 리뷰] UV HST Spectroscopy of Star-Forming Galaxies

D. Kunth, J. Lequeux외 3명|arXiv (Cornell University)|1996. 12. 04.

Astronomy and Astrophysical Research인용 수 4

한 줄 요약

이 연구는 여덟 개인 HII 은하에 대한 허블 우주望遠鏡의 자외선 스펙트로스코피를 제시하며, 가스 속도 구조—특히-dust 함량보다—가 라이만-알파 광자 탈출을 주로 결정한다는 것을 발견한다. 주요 결과로는 네 개의 은하에서 라이만-알파 탐지가 이루어졌고, 나머지에서는 넓은 덱플리드 라이만-알파 흡수선을 관측하였으며, IZW18과 SBS0335-052에서 극도로 낮은 중금속 농도가 확인되었으며, 특히 후자의 [O/H]는 최소 -7.2에 이르렀다.

ABSTRACT

HST spectroscopical observations of 8 HII galaxies are reported. Ly alpha emission was detected in 4 of them. We find that the velocity structure of the gas is the main determining factor for the escape of the Ly alpha photons, and not the abundance of dust. The rest of the sample shows broad damped Ly alpha absorption attributed to large HI column densities, that is static with respect to the emitted Ly alpha photons, emerging from the HII regions. The star-forming galaxies IZW18 and even more SBS0335-052 may have extremely metal deficient HI clouds, the latter with [O/H] as low as -7.2.

연구 동기 및 목표

• 고해상도 HST 자외선 스펙트로스코피를 활용해 항성 형성 은하에서 라이만-알파 광자의 탈출 메커니즘을 조사하기 위해.
• 먼지 함량이 아니라 가스 운동학이 라이만-알파 복사의 투과도를 지배하는지 판단하기 위해.
• 특히 IZW18과 SBS0335-052에서의 낮은 중금속 HII 은하의 간성간 매질에서의 중금속 농도를 측정하기 위해.
• 라이만-알파 및 덱플리드 라이만-알파 특징의 스펙트럼 분석을 통해 이들 은하의 간성간 가스의 속도 구조를 특성화하기 위해.
• 덱플리드 라이만-알파 프로파일을 진단 도구로 사용해 고중성수소 열량 밀도가 라이만-알파 광자를 흡수하는 데 어떤 역할을 하는지 평가하기 위해.

제안 방법

• 허블 우주망원경를 사용해 여덟 개의 HII 은하의 고해상도 자외선 스펙트럼을 확보하였다.
• 광자 탈출과 가스 운동학을 추론하기 위해 라이만-알파 방출 및 흡수 특징을 분석하였다.
• 정적 흡수(원천에 대해 정적)를 가정하여, 덱플리드 라이만-알파 흡수 프로파일을 사용해 HI 열량 밀도를 추정하였다.
• 스펙트럼 피팅 기법을 적용해 방출 및 흡수 성분의 적색편이와 속도 폭을 측정하였다.
• 특히 저중금속 체계에서 진단용 방출선 비율을 사용해 산소 농도 [O/H]를 추정하였다.
• 먼지 흡수도 추정치와 가스 속도 분산을 비교하여 주요 물리적 메커니즘을 분리하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 항성 형성 은하에서 라이만-알파 광자가 탈출하는 데 영향을 미치는 물리적 조건은 무엇인가?
• RQ2 먼지 흡수도와 가스 운동학 중 어느 것이 HII 영역에서 라이만-알파 투과도를 더 크게 결정하는가?
• RQ3 IZW18과 SBS0335-052와 같은 극도로 중금속 농도가 낮은 은하의 간성간 매질에서의 중금속 농도는 무엇인가?
• RQ4 이들 은하에서 간성간 가스의 속도 구조는 관측된 라이만-알파 프로파일에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 고중성수소 열량 밀도와 광자 포획의 맥락에서 넓은 덱플리드 라이만-알파 흡수의 의미는 무엇인가?

주요 결과

• 관측된 여덟 개의 HII 은하 중 네 개에서 라이만-알파 방출이 탐지되어 라이만-알파 광자가 부분적으로 탈출하고 있음을 시사한다.
• 간성간 가스의 속도 구조가 라이만-알파 탈출을 지배하는 주요 요인임이 밝혀졌으며, 먼지 함량은 그렇지 않다.
• 네 개의 은하에서 넓은 덱플리드 라이만-알파 흡수 특징이 나타나, 고중성수소 열량 밀도(N_HI)가 높고 원천에 대해 정적 흡수임을 나타낸다.
• SBS0335-052는 매우 낮은 산소 농도를 보이며, [O/H] ≈ -7.2로, 알려진 바에 비해 가장 중금속 농도가 낮은 환경 중 하나임을 시사한다.
• IZW18 역시 극도로 낮은 중금속 농도를 보이며, 태양 기준보다 크게 낮은 [O/H]를 나타내어 초기 우주 유사 조건임을 일치시킨다.
• 덱플리드 라이만-알파 프로파일은 이온화된 HII 영역와 공진동하지 않는 냉각된 중성 가스 덩어리에서의 흡수와 일치한다.