[논문 리뷰] Infrared Emission from the Radio Supernebula in NGC 5253: A Proto-Globular Cluster?

Varoujan Gorjian, Jean L. Turner외 1명|CERN Bulletin|2001. 03. 07.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena인용 수 101

한 줄 요약

이 논문은 11.7 및 18.7 μm에서의 극도로 강한 중간 적외선 방출을 바탕으로, NGC 5253의 전파 슈퍼니브ูล라가 10⁵–10⁶개의 O형 항성으로 이루어진 밀도가 높고 청소년기인 별 군집에 의해 구동되는 프로토-구형별개성임을 제안한다. 적외선 대 전파 방출비는 초신성의 가능성을 배제하고 열적 HII 영역임을 확인하며, 이는 질량이 크고 압축되어 있으며 매우 청소년기인 별 군집(≤10⁵년)임을 시사하며, 관측된 바 가장 어린 구형별개성일 수 있다.

ABSTRACT

Hidden from optical view in the starburst region of the dwarf galaxy NGC 5253 lies an intense radio source with an unusual spectrum which could be interpreted variously as nebular gas ionized by a young stellar cluster or nonthermal emission from a radio supernova or an AGN. We have obtained 11.7 and 18.7 micron images of this region at the Keck Telescope and find that it is an extremely strong mid-infrared emitter. The infrared to radio flux ratio rules out a supernova and is consistent with an HII region excited by a dense cluster of young stars. This "super nebula" provides at least 15% of the total bolometric luminosity of the galaxy. Its excitation requires 10^5-10^6 stars, giving it the total mass and size (1-2 pc diameter) of a globular cluster. However, its high obscuration, small size, and high gas density all argue that it is very young, no more than a few hundred thousand years old. This may be the youngest globular cluster yet observed.

연구 동기 및 목표

• 전파 슈퍼니브ูล라가 비정상적으로 평탄하거나 상승하는 스펙트럼을 보이며 광학 대응체가 없는 이유를 규명하는 것.
• 전파 방출의 기원이 비열적(예: 초신성, AGN)인지 열적(HII 영역)인지에 대한 모호함을 중간 적외선 SED를 분석하여 해결하는 것.
• 질량, 크기, 높은 은폐 정도를 고려할 때 이 소스가 형성의 가장 초기 단계에 있는 프로토-구형별개성일 수 있는지 평가하는 것.
• 가스 밀도, 항성 밀도, 잠재적 구속 메커니즘을 포함한 성운의 천체역학적 및 물리적 조건을 평가하는 것.

제안 방법

• 키크 I 천체망원경의 장파장 스펙트로스코프를 사용하여 11.7 μm 및 18.7 μm에서 고해상도 중간 적외선 이미지를 확보하였다.
• 10%의 불확도를 가진 표준 항성(β 게미니, α 보로메이)을 사용하여 방출량을 보정하여 광학적 정확도를 확보하였다.
• 장기적 변동성과 소스 안정성을 평가하기 위해 기록된 IRAS, ISO 및 지상 기반 10.8 μm 데이터와 중간 적외선 방출량을 비교하였다.
• 적외선 대 전파 방출비를 사용하여 열적(HII 영역)과 비열적(초신성 잔해, AGN) 방출 메커니즘을 구분하였다.
• 소리 속도 팽창(10 km s⁻¹)을 기반으로 성운의 천체역학적 시간 스케일을 평가하여 약 10⁵년의 상한 연령 한계를 추정하였다.
• 감지된 분자 가스가 없는 상황를 고려할 때, 자기장 압력과 중력 결속이 성운의 구속 메커니즘일 수 있음을 평가하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 NGC 5253의 전파 슈퍼니브울라는 열적 HII 영역인지, 초신성 잔해인지, 또는 AGN인가?
• RQ2 11.7 및 18.7 μm에서 감지된 강력한 중간 적외선 방출의 본질적인 성격은 무엇인가?
• RQ3 적외선 대 전파 방출비는 전파 초신성과 같은 비열적 기원을 배제할 수 있는가?
• RQ4 성운의 이オン화 및 팽창 시간 스케일을 고려할 때, 이온화 원천의 잠재적 항성 집단과 연령은 무엇인가?
• RQ5 이 소스는 형성의 가장 초기 단계에 있는 프로토-구형별개성과 일치하는가?

주요 결과

• 소스는 11.7 μm에서 2.2 Jy, 18.7 μm에서 2.9 Jy의 강력한 중간 적외선 방출을 보이며, 이는 매우 밝은 중간 적외선 소스임을 확인한다.
• 적외선 대 전파 방출비는 전파 초신성의 가능성을 배제한다. 초신성은 중간 적외선에서 강한 방출을 하지 않으며, 1972년 이래로 방출량이 안정되어 있다.
• 스펙트럼 에너지 분포를 바탕으로, 이 소스는 10⁵–10⁶개의 O형 항성으로 이루어진 밀도가 높은 군집에 의해 자극된 열적 HII 영역과 일치한다.
• 성운의 직경은 1.5 pc이며, 가스 밀도는 약 ~4×10⁴ cm⁻³로, 압축되어 있고 압력이 높은 HII 영역과 일치한다.
• 팽창에 대한 천체역학적 시간 스케일은 약 10⁵년으로, 이는 소스가 매우 청소년기이며 상한 연령 한계가 ≤10⁵년임을 시사한다.
• 200 pc 이내에서 CO 방출이 감지되지 않음으로써 분자 가스에 의한 구속이 없음을 시사하지만, 약 50–57 μG의 자기장이 압력 균형에 기여할 수 있다.