[論文レビュー] The abundance of nitrogen in starburst nucleus galaxies

R. Coziol, Rafael Reyes+3 more|arXiv (Cornell University)|Mar 18, 1999

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 4被引用数 5

ひとこと要約

本研究では、星爆発核銀河（SBNGs）における窒素の過剰な放出が、酸素に比して窒素の過剰な蓄積に起因することを示しており、N/O比は初期型スパイラル銀河のバルジと一致している。観測されたN/O-金属量関係は、一次的・二次的窒素生成のパターンに従っており、過去の星形成バースト期に中質量星の複数の世代が形成されたことを示しており、主なバースト活動はz ≈ 0.2–0.3にさかのぼると推定され、SBNGsが宇宙論的に有意義な星形成活性のピーク期と関連していることが示された。

ABSTRACT

We show that the excess of nitrogen emission observed in a large sample of Starburst Nucleus Galaxies (SBNGs) can only be explained at a given metallicity by an overabundance of nitrogen with respect to normal HII regions in the disks of late-type spirals. The N/O ratios in the SBNGs are comparable to the values found in the bulges of normal early-type spirals, which suggests that what we observe could be the main production of nitrogen in the bulges of these galaxies. The variation of the N/O ratio as a function of metallicity in SBNGs follows a primary + secondary relation, but the increase of nitrogen does not appear as a continuous process. In SBNGs, nitrogen is probably produced by different populations of intermediate-mass stars, which were formed during past sequences of bursts of star formation. This assumption pushes the origin of the main bursts 2-3 Gyrs back in the past. On a cosmological scale, this time interval corresponds to redshifts z = 0.2-0.3, where a significant increase of star formation activity occurred. The origin of the SBNG phenomenon would thus have cosmological implications, it would be related to a more active phase of star formation in the Universe sometime in its recent past.

研究の動機と目的

• 星爆発核銀河（SBNGs）における通常のHII領域と比較して、窒素放出が顕著に高い理由を調査すること。
• SBNGsで観測された窒素の過剰蓄積が、内部の化学的増強によるものか、外部要因によるものかを特定すること。
• SBNGsにおける窒素蓄積パターンと銀河バルジの化学的進化との関連を明らかにすること。
• 窒素酸素比（N/O）の蓄積比を用いて、SBNGsにおける過去の星形成バーストの時期と歴史を制約すること。

提案手法

• 大規模なSBNGサンプルの発光線スペクトルを分析し、窒素および酸素の線輝度を測定すること。
• ケースBの条件と標準的な衝突イオン化平衡を仮定して、診断線比を用いてN/O蓄積比を計算すること。
• 星の進化から得られる一次的および二次的窒素生成の理論的モデルと、SBNGsにおける観測されたN/O比を比較すること。
• N/O-金属量関係を用いて、特に中質量星の複数のバーストが関与する星形成歴史を推定すること。
• 中質量星（1–8 M☉）による窒素生成のモデル化を行い、観測されたN/O傾向を説明すること。
• 進化トレースと観測されたN/O比を照合することで、主な星形成バーストまでの見かけの時間（ローカルタイム）を推定し、赤方偏移z ≈ 0.2–0.3が得られたこと。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 星爆発核銀河における通常のHII領域と比較して、なぜ窒素放出が顕著に高いのか？
• RQ2 SBNGsにおけるN/O比は、初期型スパイラル銀河のバルジおよび後期型スパイラルディスクと比べてどの程度か？
• RQ3 中質量星はSBNGsにおける窒素生成に果たす役割は何か？ また、これにより観測されたN/O-金属量関係はどのように関連するか？
• RQ4 窒素蓄積パターンに基づくと、SBNGsにおける主な星形成バーストはいつ発生したと推定されるか？
• RQ5 SBNGsにおける窒素の過剰蓄積は、宇宙における星形成の歴史にどのような宇宙論的意味を持つのか？

主な発見

• SBNGsにおける窒素酸素比（N/O）は、後期型スパイラル銀河の通常のHII領域よりも顕著に高く、窒素の過剰蓄積を示している。
• SBNGsにおける観測されたN/O比は、初期型スパイラル銀河のバルジで見られる比と同等であり、類似した化学的増強機構を示唆している。
• SBNGsにおけるN/O-金属量関係は、一次的・二次的窒素生成のパターンに従っており、複数の星形成集団からの寄与を示している。
• 窒素の増加は連続的プロセスではなく、中質量星を含む明確な星形成バーストに起因している。
• SBNGsにおける主な星形成バーストは、約20億～30億年前に発生したと推定され、赤方偏移の範囲はz ≈ 0.2–0.3に相当する。
• この時期は、宇宙の最近の過去における星形成活性が顕著に高まった宇宙論的時代と一致している。