[論文レビュー] ISO-SWS spectra of galaxies: continuum and features

E. Sturm, D. Lutz+6 more|ArXiv.org|Feb 9, 2000

Spectroscopy and Laser Applications被引用数 12

ひとこと要約

本稿では、M 82、NGC 253、Circinus、NGC 1068、および30 Doradusの5つの銀河について、高分解能（R ~ 1500）のISO-SWS中赤外スペクトルを提示し、連続スペクトルおよびスペクトル特徴を分析することで、星間媒体（ISM）の状態を解明する。多数の発光および吸収特徴、包括して以前に報告されていなかった特徴を同定し、低金属量の星形成爆発銀河ではPAH特徴が弱く、AGN近傍では存在しないことを示した。また、地上観測データでは、PAH発光が下位に存在するため、ケイ酸塩吸収の深さが過大評価されていることも明らかにした。本研究は、将来的なミッション（SIRTFおよびSOFIA）に向けた校正済みで高信頼性のテンプレートを提供し、低分解能データにおける同定の落とし穴を強調している。

ABSTRACT

We present an inventory of mid-infrared spectral features detected in high resolution 2.4 to 45um ISO-SWS spectra of the galaxies M82, NGC253, Circinus, NGC1068, and the 30Doradus region of the LMC. We discuss their identifications and highlight possible relations between these features and the physical state of the interstellar medium in galaxies. In the 5--13 um region, emission from unidentified infrared bands (UIBs), usually ascribed to aromatic molecules, and apparent silicate absorption dominate the spectrum. We demonstrate the danger of overestimating the amount of silicate absorption by comparing the spectrum of M82 to the (absorption free) spectrum of the reflection nebula NGC7023. No strong silicate absorption is present in M82. The (very small grain) dust continuum under the UIB emission in our starburst templates can be modeled by a simple power law, starting at wavelengths between 8 and 9um. The spectra are valuable templates for future mid-infrared missions. We smooth our data to simulate low resolution spectra as obtained with ISOCAM-CVF, ISOPHOT-S, and in the future with the low resolution mode of SIRTF-IRS, and use our high spectral resolution information to highlight possible identification problems at low resolving power that are caused by coincidences of lines and features.

研究の動機と目的

• 5つの銀河（星形成爆発銀河およびAGNを含む）の高分解能ISO-SWS中赤外スペクトルにおける中赤外スペクトル特徴および連続スペクトルを特徴づけること。
• PAHバンドやケイ酸塩吸収といったスペクトル特徴が、金属量や放射場強度といったISM状態にどのように変化するかを調査すること。
• 高分解能観測から低分解能データをシミュレートすることで、低分解能スペクトル同定における曖昧さを解消すること。
• 将来の中赤外宇宙ミッションおよび高赤方偏移銀河研究のための正確で電子的に利用可能なスペクトルテンプレートを提供すること。
• PAH発光がケイ酸塩吸収の見かけの深さに与える影響を評価し、地上観測データにおける過大評価を是正すること。

提案手法

• 赤外宇宙望遠鏡（ISO）搭載の短波長スペクトメータ（SWS）を用いて、中赤外スペクトル（2.4–45 µm）を高分解能（R ~ 1500）で取得した。
• 観測スペクトルを銀河的テンプレート源（例：反射星雲、HII領域）と比較することで、物理的メカニズムを特定し、特徴の同定を改善した。
• PAH発光を伴う非常に小さな粒子（VSG）のダスト連続スペクトルを、8–9 µmで始まる単純なべき乗則でモデル化した。
• 高分解能データから低分解能スペクトル（ISOCAM-CVF、ISOPHOT-S、SIRTF-IRS低分解能）をシミュレートし、線の混同リスクを明らかにした。
• PAH特徴および微細構造線（例：PAH/[Ne II]）のフラックス比を測定し、低分解能合算フラックスへの寄与を定量化した。
• 高分解能データを用いて重複する特徴を解体し、M 82の14.3 µmで広がったPAH特徴と[Ne V]を区別した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 金属量やAGN近傍性といった異なるISM状態を示す銀河において、中赤外スペクトル特徴（特にPAHバンドおよびケイ酸塩吸収）はどのように変化するか？
• RQ2 低分解能地上観測データにおいて、下位のPAH発光の影響で、9.7 µmケイ酸塩吸収の見かけの深さがどの程度過大評価されているか？
• RQ3 星形成爆発銀河とAGNの遮蔽領域における物理的状態は、それぞれの吸収および発光特徴からどのように特定されるか？
• RQ4 5–13 µm範囲で、天文的対象において新たに報告されたスペクトル特徴は何か？それらはダストおよび分子キャリアとどのように関係しているか？
• RQ5 低分解能中赤外スペクトルにおける主な同定の課題は何か？また、高分解能テンプレートはそれらをどのように緩和できるか？

主な発見

• 9.7 µmケイ酸塩吸収の深さは、地上観測データにおいて下位のPAH発光のため過大評価されている。M 82では、NGC 7023の吸収なしスペクトルと比較して、見かけの吸収深さが低下する。
• 低金属量で強い星形成が進行する環境（例：30 Doradus）では、通常の中赤外選択星形成爆発銀河と比較して、PAH発光特徴が顕著に弱い。
• M 82には強いケイ酸塩吸収は存在せず、PAH発光下のVSGダスト連続スペクトルは8–9 µmで始まるべき乗則でモデル化可能である。
• M 82およびNGC 253の3.0 µmでの広がったH2O氷吸収特徴は、銀河中心方向の線路に類似した光学的厚さを示している。
• AGNであるNGC 1068は明確な吸収スペクトルを示し、星形成爆発テンプレートとは異なる物理的状態をその遮蔽領域に示している。
• 低分解能シミュレーションでは、PAH特徴と微細構造線の間で強い混同が生じる。例として、M 82の14.3 µm PAH特徴は[Ne V]に似ているが、実際には広がった特徴と14.37 µmの[Cl II]の組み合わせであり、同定のリスクを強調している。