[論文レビュー] Spectroscopy of diffuse ionized gas in halos of selected edge-on galaxies

R. Tuellmann, R.‐J. Dettmar|arXiv (Cornell University)|Aug 22, 2000

Spectroscopy and Laser Applications被引用数 3

ひとこと要約

本研究は、7つの縁面銀河のハローにおける拡散電離ガス（DIG）の電離メカニズムを、光学的長幅スリット分光法を用いて調査している。観測された線幅比、特に[N II]/Hα、[O I]/Hα、[He I]/Hαが、特に|z|が大きい領域で、写真電離モデルだけでは説明できないことが判明しており、衝撃による電離などの追加の電離源の存在を示唆している。これは、銀河平面からの高さに伴い線幅が広がる傾向と一致している。

ABSTRACT

In order to examine the excitation and ionization mechanism of extraplanar diffuse ionized gas (DIG) we have obtained optical longslit spectra of seven edge-on spiral galaxies. In four objects the brightest emission lines can be traced out to distances of typically 1.5 kpc above the disk. For NGC1963 and NGC3044 line ratios such as [NII]6583/Ha or [SII]6717/Ha as well as [OIII]5007/Hb could be measured for the halo DIG. This allows us to discuss the DIG in the halo of these objects in the framework of diagnostic diagrams. For these two objects, the line ratios of [OIII]5007/Hb decrease with increasing z, different from the recently reported trend in NGC891 (Rand 1998). We find that emission lines from the DIG in the disks are in good agreement with photoionization models using a dilute radiation field. However, with increasing z these models fail to predict the measured [OI]6300/Ha and HeI5876/Ha line ratios for NGC1963. Diagnostic diagrams reveal for NGC1963 the need for a second ionization mechanism of the halo DIG (besides photoionization). This additional source could be shock ionization. The same diagrams demonstrate an intermediate classification for NGC3044. Plots of [SII]/[NII] vs. emission measure reveal significant changes towards the halo and seem to trace local small scale density fluctuations of the extraplanar DIG.

研究の動機と目的

• 縁面銀河の準平面領域における拡散電離ガス（DIG）の電離および励起メカニズムを特定すること。
• 標準的な写真電離モデル（例：Ma86, DM94）が、ハローにおけるDIGで観測された発光線幅比を説明できるかどうかを検証すること。
• 写真電離以外の追加的電離メカニズム（例：衝撃電離）が、線幅比の乖離を説明するために必要かどうかを調査すること。
• 線幅比（例：[S II]/[N II]）の空間的変化と、ハローにおけるガスの運動学的性質および密度の揺らぎとの相関を検討すること。
• 金属量および局所的密度の変動が、準平面領域の診断図の傾向をどのように形作っているかを評価すること。

提案手法

• チリのラ・シルヤにあるESO 1.52 m望遠鏡とBoller & Chivens分光計を用いて、7つの縁面銀河の光学的長幅スリット分光法を取得した。
• 波長域は3500 Åから7450 Åをカバーし、分解能は126 Å mm⁻¹、スペクトル分解能は4.6 Å（FWHM）。
• Hα、[N II] λ6583、[S II] λ6717、[O III] λ5007、[O I] λ6300、[He I] λ5876などの主要な線の発光線幅を測定した。
• 理論的モデルと比較可能な診断図（例：[O III]/Hβ 対 [N II]/Hα）を構築し、電離メカニズムを分類した。
• 銀河平面からの高さ|z|に伴う線幅（FWHM）の変化を分析し、運動学的乱流や衝撃寄与の可能性を推察した。
• 発光度測定と[S II]/[N II]比を用いて、準平面領域の小スケール密度揺らぎを調査した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 標準的な写真電離モデルは、銀河ハローにおける拡散電離ガスの観測線幅比をどの程度説明できるか？
• RQ2 |z|が銀河平面から高くなるに従い、[O III]/Hβ、[N II]/Hα、[S II]/[N II]などの線幅比はどのように変化するか？
• RQ3 紫外線放射による大質量星以外の非写真電離メカニズム（例：衝撃電離）の存在を示す証拠は何か？
• RQ4 |z|に伴う線幅の広がり（FWHM）の傾向は、電離状態とどのように相関し、衝撃または乱流加熱を支持するか？
• RQ5 [S II]/[N II]の変動は、ハローDIGにおける局所的密度揺らぎや金属量の変化をどの程度反映しているか？

主な発見

• NGC 1963およびNGC 3044では、[O III]/Hβ比が|z|が増加するに従い低下するが、NGC 891で観測された上昇傾向とは対照的であり、電離メカニズムに銀河間の差異があることを示唆している。
• NGC 1963の高高度領域では、写真電離モデルが観測された[N II]/Hα、[O I]/Hα、[He I]/Hα比を再現できないため、追加の電離源の存在が必要である。
• 線幅（FWHM）は|z|が増加するに従い広がり、特にNGC 1963およびNGC 3044で顕著で、ハロー領域のガスに乱流または衝撃活動が強化されている可能性を示唆している。
• 診断図では、NGC 1963のハローDIGは写真電離と衝撃電離の組み合わせに一致する領域に位置しており、NGC 3044は中間的分類である。
• [S II]/[N II]比は約250 pcスケールで顕著に変動しており、準平面DIGに小スケール密度揺らぎが存在することを示しており、標準モデルでは完全に捉えきれていない。
• [S II]/[N II]の変動および線幅の傾向から、電子温度、密度、金属量といった局所的条件が高さに応じて変化している可能性が示唆され、均一モデル仮定に疑問が呈される。