[논문 리뷰] Spectroscopy of diffuse light in dust clouds. Scattered light and the solar neighbourhood radiation field

K. Lehtinen, K. Mattila|arXiv (Cornell University)|2012. 11. 30.

Astrophysics and Star Formation Studies참고 문헌 36인용 수 4

한 줄 요약

이 연구는 장대한 스펙트럼 해상도(3500–9000 Å)를 활용하여, 투명한 성운인 Thumbprint Nebula와 DC303.8-14.2에서 산란된 빛을 관측하고, 장기 슬릿 분광법을 통해 간섭계의 복사장(field, ISRF)을 분리하여 발광선을 탐지하였다. 결과적으로 연속스펙트럼 및 흡수선은 합성 통합은하별 빛 스펙트럼과 일치함을 확인하였으며, 발광선과 DC303.8-14.2에서 관측된 설명되지 않은 초과 발광은 산란된 빛과 국소적 따뜻한 이온화 매질의 기여를 시사하며, DC303.8-14.2에서의 연장된 빨간 빛 발광(ERE) 가능성도 제기된다.

ABSTRACT

The optical surface brightness of dark nebulae is mainly due to scattering of integrated starlight by classical dust grains. It contains information on the impinging interstellar radiation field, cloud structure, and grain scattering properties. We have obtained spectra of the scattered light from 3500 to 9000 Angstrom in two globules, the Thumbprint Nebula and DC303.8-14.2. We use observations of the scattered light to study the impinging integrated starlight spectrum as well as the scattered H-alpha and other line emissions from all over the sky. We search also for the presence of other than scattered light in the two globules. We obtained long-slit spectra encompassing the whole globule plus adjacent sky in a one-slit setting, thus enabling efficient elimination of airglow and other foreground sky components. We calculated synthetic integrated starlight spectra for the solar neighbourhood using HIPPARCOS-based stellar distributions and the spectral library of Pickles. Spectra are presented separately for the bright rims and dark cores of the globules. The continuum spectral energy distributions and absorption line spectra can be well modelled with the synthetic integrated starlight spectra. Emission lines of H-alpha + NII, H-beta, and SII are detected and are interpreted in terms of scattered light plus an in situ warm ionized medium component behind the globules. We detected an excess of emission over the wavelength range 5200-8000 Angstrom in DC303.8-14.2 but the nature of this emission remains open.

연구 동기 및 목표

• 어두운 성운에서 산란된 빛을 프록시로 사용하여 태양계 근처의 간섭계 복사장(ISRF)의 스펙트럼 에너지 분포(SED)를 실험적으로 결정하는 것.
• 광발광, 예를 들어 연장된 빨간 빛 발광(ERE)이 고전적 산란을 초월하여 어두운 성운의 표면 빛 밝기에 기여하는지 조사하는 것.
• 밝은 가장자리와 어두운 핵을 별도로 분석하여 Hα, [N ii], Hβ, [S ii] 선에서 산란된 빛과 현지에서 발생하는 방출의 기여를 분리하는 것.
• HIPPARCOS 항성 분포와 Pickles 스펙트럼 라이브러리를 기반으로 유도된 합성 ISRF 모델의 정확도를 관측된 성운 스펙트럼과 비교하여 검증하는 것.

제안 방법

• 공기중 발광과 대기 흡수를 효과적으로 제거하기 위해, 전체 성운과 인근 하늘을 커버하는 ESO NTT/EMMI 장치를 이용한 장기 슬릿 분광법.
• 밝은 가장자리 및 어두운 핵 영역에서의 스펙트럼 추출을 통해 공간적으로 분리된 산란된 빛과 발광선 성분을 고립하는 것.
• HIPPARCOS 기반 항성 분포와 Pickles의 스펙트럼 라이브러리를 사용하여 통합은하별 빛 스펙트럼을 모델링하는 합성 ISRF 생성.
• 관측된 스펙트럼과 합성 ISRF를 비교하여 연속스펙트럼 형태와 프라운호퍼 흡수선 특징에서의 일치 여부 평가.
• Hα+[N ii], Hβ, [S ii]의 발광선 성분을 산란된 빛과 성운 뒤에 있는 국소 따뜻한 이온화 매질(WIM)의 기여로 모델링하는 것.
• DC303.8-14.2에서 5200–8000 Å 범위에 걸쳐 초과 발광이 확인되었으며, ERE와의 잠재적 연관성은 있으나 그 성격은 아직 확인되지 않았다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 성운에서 관측된 산란된 빛 스펙트럼이 지역 항성 분포에서 유도된 합성 ISRF와 어느 정도 일치하는가?
• RQ2 Hα, [N ii], Hβ, [S ii]에서 관측된 발광선은 주로 산란된 빛 때문이거나, 추가적인 현지에서 발생하는 이온화 매질 성분이 필요한가?
• RQ3 이러한 어두운 성운의 흩어진 빛에서 연장된 빨간 빛 발광(ERE)의 증거가 있는가, 특히 5200–8000 Å 범위에서?
• RQ4 특히 적색-가시광선 범위에서, 밀도가 높은 구름 내 먼지 입자들의 산란 특성이 파장에 따라 어떻게 변화하는가?
• RQ5 DC303.8-14.2에서 5500–8000 Å 범위에 관측된 초과 발광의 기원은 무엇이며, ERE 특성과 일치하는가?

주요 결과

• Thumbprint Nebula의 밝은 가장자리(τ ≈ 2)에서의 연속스펙트럼 에너지 분포(SED)는 합성 ISRF 스펙트럼과 거의 완벽하게 일치하여 태양계 근처 ISRF 모델의 타당성을 검증한다.
• 관측된 스펙트럼에서 강력한 프라운호퍼 흡수선이 충분한 정밀도로 검출되어 산란된 빛이 지역 은하수의 통합은하별 빛에서 기인한다는 것을 확인한다.
• Hα + [N ii], Hβ, [S ii]의 발광선이 관측되었으며, 이는 먼지 HII 영역에서 산란된 빛과 성운 뒤에 있는 국소 따뜻한 이온화 매질(WIM) 성분의 조합으로 해석된다.
• DC303.8-14.2에서 5200–8000 Å 범위에 걸쳐 초과 발광 특징이 확인되었으며, Thumbprint Nebula에서도 약한 그러나 유사한 초과 발광이 관측되어 다른 간섭계 환경에서 관측된 연장된 빨간 빛 발광(ERE)과 유사하다.
• DC303.8-14.2의 초과 발광 성격은 아직 확인되지 않았지만, 산란된 빛이나 알려진 발광선의 기여가 아니므로 ERE 또는 기타 광발광 과정의 가능성은 열려 있다.
• 이 연구는 어두운 성운이 ISRF의 효과적인 원격 센서가 될 수 있음을 확인하였으며, 고해상도 스펙트럼을 통해 ISRF 및 먼지 산란 특성에 대한 개선된 제약 조건을 확보할 수 있었다.