[論文レビュー] ISM properties in low-metallicity environments I. mid-infrared spectra of dwarf galaxies

S. C. Madden, F. Galliano+2 more|arXiv (Cornell University)|Oct 4, 2005

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 81被引用数 170

ひとこと要約

本研究は、ISO/ISOCAMを用いて低金属量矮星系の中赤外線（MIR）スペクトルを分析し、星間媒体（ISM）の性質を調査する。PAH発光は全体的・空間的に弱く、[Ne iii]および[S iv]線が支配的であることが判明し、これは硬い放射場を示している。PAH/VSG比と[Ne iii]/[Ne ii]比の強い相関関係が確認され、金属量の低さだけでなく、放射場の硬さがこれらの環境におけるPAH破壊を引き起こしていることが示された。

ABSTRACT

We present new ISOCAM mid-infrared spectra of three starbursting nearby dwarf galaxies, NGC1569, IIZw40, NGC1140 and the 30Dor region of the LMC and explore the properties of the ISM in low-metallicity environments, also using additional sources from the literature. We analyse the various components of the ISM probed by the mid-infrared observations and compare them with other Galactic and extragalactic objects. The MIR spectra of the low-metallicity starburst sources are dominated by the [NeIII] and [SIV] lines, as well as a steeply rising dust continuum. PAH bands are generaly faint, both locally and averaged over the full galaxy, in stark contrast to dustier starburst galaxies, where the PAH features are very prominant and even dominate on global scales. The hardness of the modeled interstellar radiation fields for the dwarf galaxies increases as the presence of PAH band emission becomes less pronounced. The [NeIII]/[NeII] ratios averaged over the full galaxy are strikingly high, often >10. Thus, the hard radiation fields are pronounced and pervasive. We find a prominent correlation between the PAHs/VSGs and the [NeIII]/[NeII] ratios for a wide range of objects, including the low metallicity galaxies as well as Galactic HII regions and other metal-rich galaxies. This effect is consistent with the hardness of the interstellar radiation field playing a major role in the destruction of PAHs in the low metallicity ISM. We see a PAHs/VSGs and metallicity correlation, also found by Engelbracht et al. (2005) for a larger survey. Combined effects of metallicity and radiation field seem to be playing important roles in the observed behavior of PAHs in the low metallicity systems.

研究の動機と目的

• 高分解能ISOCAM分光法を用いて、低金属量矮星系における中赤外線星間媒体（ISM）を特徴づけること。
• これらの系におけるダスト、ガスライン、PAHのMIR放射への相対的寄与を特定すること。
• 低金属量および硬い放射場が多環芳香族炭化水素（PAH）の励起および生存に与える影響を調査すること。
• 銀河系H II領域および金属量の高い星形成爆発銀河と比較し、普遍的な傾向を特定すること。
• 低金属量環境におけるISM成分の解釈に、広帯域MIR光度測定法の信頼性を評価すること。

提案手法

• 星形成爆発矮星系3例（NGC 1569、NGC 1140、II Zw 40）および30 Dor領域のISOCAM中赤外線スペクトル（5–16 µm）の取得。
• イオン線発光（例：[Ne iii] λ15.56 µm、[S iv] λ10.51 µm）、ダスト連続スペクトル（極小粒状ダスト由来）およびPAH特徴の分離を目的としたスペクトル分解。
• 2.4 pcおよび106 pcの分解能を用いてNGC 1569および30 Dorの空間的分解分析を行い、ISM成分の分布をマッピング。
• サンプル全体にわたる放射場の硬さの指標として、[Ne iii]/[Ne ii]線比の計算。
• 低金属量矮星系、銀河系H II領域、金属量の高い銀河を含む多様な対象において、PAH/VSG発光比と[Ne iii]/[Ne ii]比の相関分析。
• 文献データおよびダストSEDモデリングによる比較を通じて、低金属量系におけるダスト量および減光効果の評価。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 低金属量矮星系のMIRスペクトル的特徴は、金属量の高い星形成爆発銀河やスパイラル銀河とどのように異なるか？
• RQ2 低金属量環境におけるMIR放射のうち、PAH、極小粒状ダスト（VSG）、イオン線発光の寄与はそれぞれどの程度か？
• RQ3 金属量そのものよりも、星間放射場の硬さが、これらの銀河におけるPAH破壊を支配する程度はどの程度か？
• RQ4 NGC 1569および30 Dorの空間的分解MIRマップは、放射場、電離ガス、ダスト発光の関係をどのように明らかにするか？
• RQ5 さまざまな金属量および星形成環境において、PAH/VSG比と[Ne iii]/[Ne ii]比の間には普遍的な相関関係が存在するか？

主な発見

• 低金属量矮星系のMIRスペクトルは、[Ne iii] λ15.56 µmおよび[S iv] λ10.51 µm線が支配的であり、ダスト連続スペクトルは急激に上昇するが、PAHバンドは局所的および全体的に弱い。
• [Ne iii]/[Ne ii]線比は、低金属量銀河で顕著に高く、しばしば10を超えることがあり、広範囲にわたる硬い星間放射場を示している。
• 低金属量矮星系、銀河系H II領域、金属量の高い星形成爆発銀河を含む広範な対象において、PAH/VSG比と[Ne iii]/[Ne ii]比の強い相関関係が確認され、3桁のスケールにわたる。
• 15 µmのISOCAM広帯域では、[Ne iii]線が最大で全フラックスの10％を占める可能性があり、II Zw 40のような活発な銀河では6.7 µm帯域がPAHと高温ダスト連続スペクトルの両方にほぼ同等の寄与を示す。
• NGC 1569および30 Dorにおいて、[Ne iii]発光は[Ne ii]よりも中心の電離源に近い鋭いリッジを形成しており、PAHピークは硬い放射場のピークを避けるが、VSGはそれを好む。
• NGC 1569における[Ne ii]および[Ne iii]線の空間的広がりはHα噴出物に一致しており、電離放射と電離ガス力学の強い結合を示している。