[논문 리뷰] Physical Conditions in the Dwarf Local Group Irregular Galaxy IC10. I- Diffuse Ionized Gas

A. M. Hidalgo-Gámez|CERN Bulletin|2005. 06. 24.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena참고 문헌 29인용 수 8

한 줄 요약

이 연구는 장기 슬릿 분광법을 사용하여 난류 불규칙은하 IC 10의 산산이 퍼진 이온화 가스(DIG)를 조사하며, 이는 나선파악성의 경우와는 상당히 다름을 보여준다. 고 excitation과 낮은 [SII]/Hα 비율이 특징이며, 주요 이온화 메커니즘은 H II 영역에서 유출되는 광자와 대규모 월프-레이테르(WR) 별 집단의 이온화로 구성되며, 충격은 국소적으로만 미미한 역할을 한다.

ABSTRACT

A detailed analysis on the physical conditions of the Interstellar Medium in the main body of the Local Group dwarf irregular galaxy IC 10 is carried out using long-slit spectroscopy. Maps of the excitation, the H$α$ flux, [NII]/H$α$ and [SII]/H$α$ are presented. The Diffuse Ionized Gas inside the galaxy is studied. We found that the spectral characteristics are not similar to those for spiral galaxies: the values of the ratios [NII]/H$α$ and [SII]/H$α$ are not as large as in spiral galaxies but the excitation is much larger. These values, especially the large excitation, can be explained by proposing an extra source of ionization. Different sources are studied but any of the models at hand could be really fitted except a combination of photons leaking from the HII regions in addition to the ionization provided by the WR stars present in this galaxy. Shocks are not needed for explaining the line intensity ratios except in a small part in the west side of the galaxy.

연구 동기 및 목표

• 난류 불규칙은하 IC 10의 산산이 퍼진 이온화 가스(DIG)의 물리적 조건을 규명하는 것.
• 일반적인 나선파악성과 다름을 보이는 DIG에서 관측된 고 excitation을 유도하는 이온화 원인을 규명하는 것.
• 특히 [NII]/Hα 및 [SII]/Hα 비율을 설명하기 위해 충격, 광이온화 또는 기타 메커니즘이 필요한지 평가하는 것.
• Wolf-Rayet(WR) 별과 H II 영역의 광자 유출이 간성간 매질을 이온화하는 데 기여하는 정도를 평가하는 것.
• 관측된 선비율을 이론적 광이온화 모델과 비교하여 데이터에 대한 적합도를 평가하는 것.

제안 방법

• 장기 슬릿 분광법는 산 페드로 마르티르 관측소의 2.1m 망원경을 사용하여 수행되었으며, 스펙트럼 범위는 4000–7000 Å, 슬릿 너비는 5 arcsec였다.
• 데이터 처리에는 MIDAS 소프트웨어 패키지를 사용하였으며, 보정에는 보정 및 평탄도 보정, He-Ar 램프를 이용한 파장 보정, 표준 항성으로의 광도 보정이 포함되었다.
• 대기 흡수 보정은 산 페드로 마르티르 흡수 표를 사용하였으며, 스펙트럼 해상도는 약 14–16 Å였다.
• Hα 광도, 이온화도, [NII]/Hα, [SII]/Hα의 공간 맵을 구성하여 이온화된 가스 분포와 물리적 조건을 분석하였다.
• 이온화 모델을 시험하였으며, 대규모 별의 광이온화, WR 별의 이온화, 충격 이온화를 고려하였고, Sutherland & Dopita(1993) 모델과 비교하였다.
• WR 별의 기여도는 10개의 WR 별이 관측 영역에 존재한다고 가정하여, Strömgren 영역 반경과 총 이온화 광자 출력을 계산하여 추정하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 IC 10의 산산이 퍼진 이온화 가스(DIG)의 물리적 조건은 무엇이며, 나선파악성과 어떻게 다를까?
• RQ2 이상한 선비율이 관측된 IC 10의 DIG에서 고 이온화를 유도하는 주요 이온화 메커니즘은 무엇일까?
• RQ3 표준 광이온화 모델이 관측된 [NII]/Hα 및 [SII]/Hα 비율을 설명할 수 있는가, 아니면 추가적인 이온화 원인이 필요한가?
• RQ4 Wolf-Rayet(WR) 별과 H II 영역의 광자 유출이 DIG의 이온화에 얼마나 기여하는가?
• RQ5 충격은 선비율을 설명하기 위해 필요한가, 만약 그렇다면 어느 지역에서 필요한가?

주요 결과

• IC 10의 [NII]/Hα 및 [SII]/Hα 비율은 나선파악성과 상당히 다름을 보이며, [SII]/Hα 값은 낮고, 이온화도는 훨씬 높다.
• 표준 광이온화 모델은 관측된 선비율을 재현할 수 없었으며, 이는 비표준 이온화 메커니즘이 필요함을 시사한다.
• H II 영역에서 40%의 광자 유출과 대규모 WR 별 집단(관측 영역 내 최소 10개)의 이온화가 IC 10의 주요 영역에서 관측된 고도의 균일한 이온화를 가장 잘 설명한다.
• 관측 영역 내 10개의 WR 별 Strömgren 영역의 총 면적은 약 122,719 pc²이며, 이는 관측된 이온화 수준을 충분히 설명할 수 있다.
• 단지 몇몇 지역—주로 은하의 남부 지역—에서는 추가 이온화 원인이 필요할 수 있으며, 이는 WR 바람에서 기인한 충격일 수 있으나, [SII]/Hα 비율로는 그러한 충격이 강하게 지지되지 않는다.
• 관측된 [SII]/Hα 비율을 생성하기 위해선 500 km s⁻¹의 충격 속도가 필요하지만, 0.7 이하의 임계값을 초과하는 지역은 10개 미만으로, 충격 기여는 제한적이다.