[論文レビュー] Deuterium Toward WD1634-573: Results from the Far Ultraviolet Spectroscopic Explorer (FUSE) Mission

Brian E. Wood, J. L. Linsky+6 more|CERN Bulletin|Dec 12, 2001

Atmospheric Ozone and Climate被引用数 35

ひとこと要約

本研究では、白色矮星 WD 1634-573 方向における遠紫外分光観測装置（FUSE）の観測結果を用いて、水素に対する重水素比（D/H）を測定し、D/H = (1.6 ± 0.5) × 10⁻⁵ の結果を得た。この結果は、局所間銀河空間媒体（LIC）の値 (1.5 ± 0.1) × 10⁻⁵ と整合的であるが、D I と O I、N I の比を組み合わせた場合、イオン化状態や局所ISMの元素比にばらつきがある可能性を示唆する不一致が生じる。

ABSTRACT

We use Far Ultraviolet Spectrocopic Explorer (FUSE) observations to study interstellar absorption along the line of sight to the white dwarf WD1634-573 (d=37.1+/-2.6 pc). Combining our measurement of D I with a measurement of H I from Extreme Ultraviolet Explorer data, we find a D/H ratio toward WD1634-573 of D/H=(1.6+/-0.5)e-5. In contrast, multiplying our measurements of D I/O I=0.035+/-0.006 and D I/N I=0.27+/-0.05 with published mean Galactic ISM gas phase O/H and N/H ratios yields D/H(O)=(1.2+/-0.2)e-5 and D/H(N)=(2.0+/-0.4)e-5, respectively. Note that all uncertainties quoted above are 2 sigma. The inconsistency between D/H(O) and D/H(N) suggests that either the O I/H I and/or the N I/H I ratio toward WD1634-573 must be different from the previously measured average ISM O/H and N/H values. The computation of D/H(N) from D I/N I is more suspect, since the relative N and H ionization states could conceivably vary within the LISM, while the O and H ionization states will be more tightly coupled by charge exchange.

研究の動機と目的

• FUSE を用いた WD 1634-573 方向の観測データを用いて、局所間銀河空間媒体（LIC）における水素に対する重水素比（D/H）を測定すること。
• D I と O I、N I の吸収層密度を組み合わせ、公表済みの平均銀河系ISM元素比を用いた場合の導出された D/H 値の整合性を検証すること。
• 酸素および窒素の水素に対するイオン化状態の変動が、D/H 評価値の不一致を説明できるかどうかを評価すること。
• 局所バブル内における新たな線方向で D/H を測定することで、銀河系化学進化および初期宇宙における D/H 比の理解に貢献すること。

提案手法

• FUSE は、WD 1634-573 の遠紫外スペクトルを観測し、D I、H I、O I、N I の吸収層密度を測定した。
• H I 吸収層密度は、FUSE だけに依存するよりも精度の高い測定が可能な Extreme Ultraviolet Explorer（EUVE）データを用いて検証された。
• D/H は、FUSE による D I 吸収層密度と、EUVE による H I 吸収層密度を組み合わせることで、系統的誤差を最小限に抑えた。
• D I/O I および D I/N I の比を独立して分析し、Meyer ら（1997, 1998）の平均銀河系ISM O/H および N/H 比を乗じることで D/H 値を推定した。
• 系統的不確実性は、2つの独立した解析チームの結果を比較することで評価され、吸収層密度測定における潜在的なバイアスの有無を検証した。
• 特に、局所ISMにおける窒素のイオン化状態が水素に対して酸素よりもより変動し得ることに注目し、イオン化状態仮定の整合性を検討した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 FUSE および EUVE データを用いた WD 1634-573 方向における水素に対する重水素比（D/H）は何か？
• RQ2 Meyer ら（1997, 1998）の公表済み平均 O/H および N/H 値と組み合わせた場合、D I/O I および D I/N I 比から導かれる D/H 評価値はどのように比較されるか？
• RQ3 O および N 要素比からの D/H 評価値の不一致は、局所ISMにおける窒素の水素に対するイオン化状態の変動を示唆しているか？
• RQ4 WD 1634-573 方向の D/H 値は、既知の局所間銀河空間媒体（LIC）の D/H 値 (1.5 ± 0.1) × 10⁻⁵ と一致するか？
• RQ5 遠方の星から得られた平均 O/H および N/H 値は、近傍ISMを代表していない可能性があり、その結果 D/H 評価値に不一致が生じるのでは？

主な発見

• FUSE による D I 吸収層密度と EUVE による H I 吸収層密度を組み合わせた WD 1634-573 方向の D/H 比は、(1.6 ± 0.5) × 10⁻⁵（95%信頼区間）であり、2σの不確実性を有する。
• この値は、承認済みの局所間銀河空間媒体（LIC）の D/H 値 (1.5 ± 0.1) × 10⁻⁵ と整合的であり、局所バブル内における D/H の一定性を支持する。
• Meyer ら（1998）の平均 O/H 比と D I/O I 比を用いた場合、導出された D/H は (1.2 ± 0.2) × 10⁻⁵ となり、LIC 値よりわずかに低い。
• Meyer ら（1997）の平均 N/H 比と D I/N I 比を用いた場合、導出された D/H は (2.0 ± 0.4) × 10⁻⁵ となり、O I からの D/H 値や LIC 値と重複しない。
• O と N からの D/H 評価値の不一致は、WD 1634-573 方向における N I/H I 比が平均銀河系ISM値とは異なる可能性を示しており、水素に対する窒素のイオン化状態の変動が主な要因であると考えられる。
• 酸素と水素のイオン化状態は電荷交換によって強く結合されているため、O I/H I 比は信頼性が高く、D/H 評価値が低いものの、より信頼できる結果である。