[論文レビュー] Star formation in gaseous galaxy halos: VLT-spectroscopy of extraplanar HII-regions in NGC55

R. Tuellmann, M. R. Rosa+4 more|ArXiv.org|Sep 29, 2003

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 2被引用数 36

ひとこと要約

本研究は、縁面銀河であるNGC 55における銀河円盤から0.8–1.5 kpc上方に位置する外部銀河HII領域（EHRs）の初回の深さVLT分光測定を報告し、発光線分析およびCLOUDYモデル化により、それらがHII領域としての性質を確認した。EHRsはO9.5–B0型星によってイオン化されており、中心円盤HII領域（45% Z⊙）と比較して酸素含有量が顕著に低い（約10% Z⊙）ことが判明し、これは円盤からの放出ではなくハロー起源の星形成を示唆している。

ABSTRACT

We present first deep VLT-spectra of a new class of compact extraplanar objects located in the disk-halo interface of the edge-on spiral galaxy NGC55. Their spectra reveal continuum emission from stars and show typical emission-lines as observed in ordinary disk HII-regions. Similar to the Diffuse Ionized Gas (DIG) the prominent ionization stage of oxygen is O+, whereas the corresponding one for low metallicity HII-regions is O++. A comparison with CLOUDY model simulations reveals that the ionization mechanism of these compact objects is most likely photoionization by late OB stars (O9.5 to B0). Further analysis of diagnostic diagrams unambiguously confirms the HII-region character. This raises the question whether these extraplanar HII-regions (EHRs) originated from the prominent extraplanar gas of this galaxy or have just been expelled from the disk into the halo. From hydrodynamical considerations ejection from the disk can be ruled out. Therefore, these objects must have formed within the halo. Compared to the average abundance of the central disk HII-region (45% Z_solar) both EHRs reveal substantially lower [O/H] abundances of about 10% Z_solar. We could establish for the first time strong differences in the metal content along the minor axis of this galaxy. Oxygen appears to be less abundant in the halo by about a factor of 4. Since both EHRs are located above the central part of NGC55, it appears likely, that their formation was triggered by star formation activity in the disk below. In this environment the molecular gas clouds out of which EHRs have formed can survive and collapse only in the period between two successive bursts of star formation.

研究の動機と目的

• NGC 55のハロー部におけるコンパクトな外部銀河イオン化対象のHII領域としての性質を、深さ分光測定により確認すること。
• これらの外部銀河HII領域のイオン化源および物理的状態（密度、温度、サイズ）を特定すること。
• EHRsおよび円盤と拡散イオン化ガス（DIG）の金属量を測定し、それらの起源を制約すること。
• 運動論的および金属量的根拠を用いて、これらのEHRsがハロー内でその場に形成されたのか、それとも円盤から放出されたのかを検証すること。
• 低金属量および高いイオン化放射場のもとで、ハローのガスが星形成を維持する役割を調査すること。

提案手法

• NGC 55の円盤からz ≈ 0.8–1.5 kpc上方に位置する2つの外部銀河HII領域（EHR_1およびEHR_2）の深さ長スリットVLT/FORS2分光測定を実施した。
• Hα、[O III] λ5007、[O II] λ3727などのネーブル発光線の強度を分析し、イオン化状態および励起状態を特定した。
• CLOUDY光イオン化モデルを用いて観測された線比を再現し、イオン化星のスペクトル型（O9.5–B0）を制約した。
• 複数の金属量診断手法（例：直接法、強線法）を適用し、EHRs、円盤HII領域、DIGにおける酸素含有量を導出した。
• 小径軸に沿った金属量勾配を比較し、ハローのガスの起源と金属量の進化を評価した。
• イオン化源の寿命と放出時間スケールの比較を通じて、円盤からの放出シナリオを除外する運動論的制約を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 NGC 55の外部銀河コンパクト対象は、真のHII領域であるのか、それとも拡散イオン化ガス（DIG）または衝撃励起構造であるのか？
• RQ2 EHRsの観測された発光を引き起こすイオン化源集団は何か、そのスペクトル型は何か？
• RQ3 EHRsの金属量は、中心円盤HII領域および拡散イオン化ガス（DIG）と比較してどのように異なるか？
• RQ4 観測されたEHRsは円盤から放出されたものである可能性があるのか、それともハロー内でその場に形成されたものでなければならないのか？
• RQ5 EHRsの物理的状態（密度、温度、サイズ）は何か、それらは一般的な円盤HII領域と比較してどのように異なるか？

主な発見

• EHRsは典型的なHII領域の発光線スペクトルを示し、Hαおよび[O II]線が強く、CLOUDYモデル化によりHII領域としての性質が確認された。
• EHR_1（円盤から北に0.8 kpc）は直径17 pc、電子密度600 cm⁻³であり、O9.5型星によってイオン化されている。EHR_2（円盤から南に1.5 kpc）は直径22 pcであり、1つのB0型またはO9.5型星によってイオン化されている。
• 両EHRsのガス温度は約11,500 Kであり、拡散イオン化ガス（DIG）の約13,000 Kよりも顕著に冷たい。
• EHRsの酸素含有量は太陽金属量の約10%（10% Z⊙）であり、中心円盤HII領域（45% Z⊙）と比較して顕著に低い。これはハロー部の酸素含有量が4倍減少していることを示唆している。
• 円盤–ハロー界面部のDIGの金属量は約15% Z⊙であり、円盤とEHRsの間の中間的値であるが、EHRsと異なるかどうかを確認するにはより深い分光測定が必要である。
• 運動論的根拠により、円盤からの放出は除外され、イオン化星が通常の放出速度で到達可能な時間内にそのような高さに到達することは不可能であるため、ハロー内でのその場形成が確認された。