[논문 리뷰] Detection of spatial variations in the (D/H) ratio in the local interstellar medium

A. Vidal‐Madjar, Martin Lemoine외 7명|arXiv (Cornell University)|1998. 07. 01.

Astrophysics and Star Formation Studies참고 문헌 1인용 수 8

한 줄 요약

이 연구는 허블 우주 망원경/GHRS를 사용한 백색왜성 G191-B2B의 고해상도 스펙트로스코피를 통해 국지 간성간 매질에서의 중수소 대 수소(D/H) 비율을 측정한다. 연구는 D/H 비율의 공간적 변동성을 발견하여, 세 개의 흡수 구름을 평균한 결과 1.12 × 10⁻⁵로, 카펠라 방향에서 측정된 1.56 × 10⁻⁵보다 유의미하게 낮으며, 국지 간성간 매질 전반에서 D/H 비율이 최소 30% 이상 변동됨을 시사한다.

ABSTRACT

We present high spectral resolution HST-GHRS observations of the white dwarf G191-B2B, and derive the interstellar D/H ratio on the line of sight. We have observed and analysed simultaneously the interstellar lines of HI, DI, NI, OI, SiII, and SiIII. We detect three absorbing clouds, and we measure an average (D/H) ratio: N(DI)_Total / N(HI)_Total = 1.12 +/- 0.08 x 10**-5, in disagreement with the value of the D/H ratio as measured toward Capella by Linsky et al. (1993, 1995). We re-analyze the GHRS data of the Capella line of sight, and confirm their estimate, as we find: (D/H)_Capella = 1.56 +/- 0.1 x 10**-5, in the Local Interstellar Cloud in which the Sun is embedded. This shows that the D/H ratio varies by at least 30% within the local interstellar medium (not to be confused with the Local Interstellar Cloud). Furthermore, the Local Interstellar Cloud is also detected toward our target G191-B2B, and we show that the D/H ratio in this component, toward G191-B2B, can be made compatible with that derived toward Capella. However, this comes at the expense of a much smaller value for the D/H ratio as averaged over the other two components, of order 0.9 x 10**-5, and in such a way that the D/H ratio, as averaged over all three components, remains at the above value, i.e. 1.12 x 10**-5. We thus conclude that, either the D/H ratio varies from cloud to cloud, and/or the D/H ratio varies within the Local Interstellar Cloud in which the Sun is embedded, although we note that our observations neither prove nor disprove this latter possibility.

연구 동기 및 목표

• 고해상도 스펙트로스코피를 이용하여 국지 간성간 매질에서의 중수소 대 수소(D/H) 비율을 측정하기 위해.
• D/H 비율이 다양한 간성간 매질의 흡수 클라우드 간 공간적 변동성을 보이는지 조사하기 위해.
• 이전에 보고된 카펠라 방향의 D/H 측정치와 G191-B2B 방향의 측정치를 비교하여 일관성과 변동성을 평가하기 위해.
• 변동성이 국지 간성간 매질 클라우드 간의 차이인지, 또는 국지 간성간 매질 클라우드 내부의 비균일성 때문인지 파악하기 위해.
• 기존 GHRS 데이터를 재분석하여 이전의 D/H 추정치를 확인하고 상호 비교를 가능하게 하기 위해.

제안 방법

• 허블 우주 망원경의 고효율 스펙트로그래프(Goddard High Resolution Spectrograph, GHRS)를 사용하여 백색왜성 G191-B2B의 고해상도 스펙트럼을 관측하였다.
• 수소(HI), 중수소(DI), 질소(NI), 산소(OI), 실리콘 이온(SiII), 실리콘 삼가 이온(SiIII)의 간성간 흡수선을 동시에 분석하여 열량 밀도를 유도하였다.
• G191-B2B의 시선 방향에 따라 세 개의 별개의 간성간 흡수 클라우드를 식별하기 위해 데이터를 피팅하였다.
• 각 클라우드에 대해 열량 밀도 N(DI)와 N(HI)를 측정하고, 각 성분에 대해 D/H 비율을 N(DI)/N(HI)로 계산하였다.
• 모든 성분에 걸쳐 가중 평균을 계산하여 시선 방향 전체의 총 D/H 비율을 도출하였다.
• 결과를 이전에 보고된 카펠라 방향에서의 D/H 값 1.56 × 10⁻⁵와 비교하였으며, 기존 GHRS 데이터의 재분석을 통해 수행되었다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 국지 간성간 매질 내에서 중수소 대 수소(D/H) 비율이 공간적으로 변동하는가?
• RQ2 G191-B2B 방향에서 측정된 D/H 비율은 카펠라 방향에서 측정된 값과 어떻게 비교되는가?
• RQ3 관측된 D/H 불일치는 국지 간성간 매질 클라우드 내부의 변동성 가정으로 설명될 수 있는가?
• RQ4 G191-B2B의 시선 방향에 감지된 세 개의 간성간 매질 클라우드 각각에서의 D/H 비율은 얼마인가?
• RQ5 다른 성분들을 고려할 경우, 국지 간성간 매질 클라우드의 D/H 비율은 카펠라 방향 측정치와 일치하는가?

주요 결과

• G191-B2B의 시선 방향에서 평균 D/H 비율은 1.12 × 10⁻⁵이며, 1σ 불확도는 ±0.08 × 10⁻⁵이다.
• 카펠라 방향에서의 D/H 비율은 1.56 × 10⁻⁵이며, 1σ 불확도는 ±0.1 × 10⁻⁵로, 이전의 추정치를 확인한다.
• 두 측정치 간의 차이는 국지 간성간 매질 전반에서 D/H 비율이 최소 30% 이상 변동됨을 시사한다.
• G191-B2B의 국지 간성간 매질 클라우드 성분에서 D/H 비율이 카펠라 값과 일치하려면, 나머지 두 클라우드의 D/H 비율이 약 0.9 × 10⁻⁵로 유의미하게 낮아야 한다.
• 모든 세 성분에 대한 총 평균 D/H 비율은 여전히 1.12 × 10⁻⁵로 유지되며, 이는 변동성이 측정 오차가 아니라 본질적인 비균일성 때문임을 시사한다.
• 데이터는 국지 간성간 매질 클라우드 내부의 비균일성 여부를 확인하거나 배제할 수 없으며, 클라우드 간 차이 또는 내부 기울기 모두와 일관된 결과를 보인다.