[論文レビュー] Millimeter observations of Planetary Nebulae: a contribution to the Planck pre-launch catalogue

G. Umana, P. Leto+6 more|ArXiv.org|Oct 5, 2007

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 19被引用数 8

ひとこと要約

本研究では、放射線が強い惑星状星雲（PNe）の43 GHz単一電波望遠鏡観測を新たに実施し、自由自由（イオン化ガス）および熱的チリ放射成分を組み合わせることで、高周波数電波および準ミリ波帯域のスペクトルエネルギー分布（SED）をモデル化する。著者らは、サンプルの約80％が計画ミッションによって検出可能になると予測しており、主に高周波数HFIチャンネル（100–857 GHz）で検出される。これは、計画がこれまでにあまり調査されていなかったミリ波および準ミリ波帯域を用いて、PNeにおける周囲星間物質（CSE）を調柉する可能性を示している。

ABSTRACT

We present new millimetre 43 GHz observations of a sample of radio-bright Planetary Nebulae. Such observations were carried out to have a good determination of the high-frequency radio spectra of the sample in order to evaluate, together with far-IR measurements (IRAS), the fluxes emitted by the selected source in the millimetre and sub-millimetre band. This spectral range, even very important to constraint the physics of circumstellar environment, is still far to be completely exploited. To estimate the millimetre and sub-millimetre fluxes, we extrapolated and summed together the ionized gas (free-free radio emission) and dust (thermal emission) contributions at this frequency range. By comparison of the derived flux densities to the foreseen sensitivity we investigate the possible detection of such source for all the channels of the forthcoming ESA's PLANCK mission. We conclude that almost 80% of our sample will be detected by PLANCK, with the higher detection rate in the higher frequency channels, where there is a good combination of brighter intrinsic flux from the sources and reduced extended Galactic foregrounds contamination despite a worst instrumental sensitivity. From the new 43 GHz, combined with single-dish 5 GHz observations from the literature, we derive radio spectral indexes, which are consistent with optically thin free-free nebula. This result indicates that the high frequency radio spectrum of our sample sources is dominated by thermal free-free and other emission, if present, are negligible.

研究の動機と目的

• 惑星状星雲（PNe）におけるミリ波および準ミリ波帯域の放射測定に観測的ギャップが生じている現状を埋める。これは、周囲星間物質（CSE）を理解する上で重要であるが、これまでにあまり調査されていないスペクトル範囲である。
• 新規43 GHz単一電波望遠鏡データと既存の5 GHzおよびIRAS遠赤外測定データを組み合わせることで、PNeのスペクトルエネルギー分布（SED）モデリングの精度を向上させること。
• ESA計画ミッションの全周波数範囲（30–900 GHz）において、サンプルの検出可能性を評価すること、特に高周波数HFIバンドにおける検出可能性を重点的に評価すること。
• 自由自由放射と熱的チリ放射が、合計ミリ波帯域の放射に与える寄与を評価し、高周波数電波スペクトルにおいてイオン化ガス放射が支配的であることを確認すること。

提案手法

• イタリア国立天文学研究所（INAF-IRA）のノト電波望遠鏡を用いて、30個の放射線が強いPNeを43 GHzで単一電波望遠鏡観測し、分解能の損失が生じやすい干渉計測定とは異なり、拡張した自由自由放射を測定した。
• 43 GHzおよび5 GHzの放射測定値とIRAS遠赤外データを組み合わせ、電波帯から準ミリ波帯域にわたり、全SEDをモデリングした。
• 光学的厚さのない自由自由放射モデルを電波スペクトルに適合させ、高周波数帯でのイオン化ガス寄与を推定した。
• スペクトルエネルギー分布（SED）モデリングを用いて、自由自由およびチリ放射成分を計画ミッションのHFI周波数（100–857 GHz）に外挿した。
• 自由自由放射とチリ放射の寄与を合算し、各計画ミッションチャンネルにおける予想される放射度を推定した。チリ放射には修正ブラックボディを、自由自由放射にはパワーローを仮定した。
• 3σの曇り限界検出を仮定し、計画ミッションの期待される感度（30 GHzで270 mJy、857 GHzで220 mJy）と予想放射度を比較した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ミリ波および準ミリ波帯域の惑星状星雲の放射測定値は、電波および遠赤外データを統合することでどの程度予測可能か？
• RQ2 計画衛星が周波数バンド全体で観測されたサンプルの何パーセントが検出可能か。特に高周波数HFIチャンネルでの検出率は？
• RQ3 PNeの高周波数電波スペクトルは自由自由放射によって支配的であるか。それとも、非熱的・シンクロトロン放射などの他の成分が顕著か？
• RQ4 既知の電波および赤外線特性を持つPNeにおいて、ミリ波および準ミリ波帯域におけるイオン化ガスとチリの放射寄与はどのように比較されるか？
• RQ5 計画ミッションの感度および周波数カバー範囲は、PNeにおける周囲星間物質の物理的構造および組成に関する有意義な制約を可能にするか？

主な発見

• サンプルに含まれる30個のPNeの約80％が、計画ミッションによって検出可能であると予測されており、周波数が高くなるほど検出確率が上昇する。
• 最高の検出率は、内部源放射度が強く、銀河系の前景汚染が少ない217–857 GHzのHFIチャンネルで予測されているが、これは機器感度が低いにもかかわらず成立している。
• 5 GHzおよび43 GHzデータから導出された電波スペクトル指数は、光学的薄い自由自由放射と整合的であり、高周波数電波スペクトルにおいてイオン化ガス放射が支配的であることを示している。
• 熱的チリ放射は準ミリ波帯域の放射に顕著な寄与をしているが、43 GHz帯域では自由自由放射の寄与が二次的である。
• 合成放射度外挿モデルは、計画ミッションのHFIバンドが、特に100–353 GHz帯域において、PNeの検出に適していることを示している。この帯域では源放射度が強く、曇りノイズも管理可能である。
• 本研究は、単一電波望遠鏡によるミリ波帯観測が、完全なSEDを構築するために不可欠であることを確認している。干渉計測定では拡張した自由自由放射を欠落させる可能性がある。