[论文解读] The Peculiar Nebula Simeis 57: I. Ionized Gas and Dust Extinction

F. P. Israel, M. Kloppenburg+2 more|NPARC|Nov 19, 2002

Radio Astronomy Observations and Technology参考文献 9被引用 3

一句话总结

本研究提供了奇特星云 Simeis 57 的高分辨率射电连续谱图象，确认其辐射为热辐射且光学厚度较薄，电子密度约为 100 cm⁻³，质量为几十余倍太阳质量。主要发现为：尘埃消光（A_V = 1.0 至 2.8 mag，平均约 2 mag）与星云密切相关，但主要位于星云前方，且与 100 μm 远红外发射强烈相关。

ABSTRACT

We present high resolution radio continuum maps of the Galactic nebula Simeis 57 (= HS 191 = G 80.3+4.7) made with the WSRT and the DRAObservatory at frequencies of 609, 1412 and 1420 MHz. At optical and at radio wavelengths, the nebula has a peculiar ``S'' shape, crossed by long, thin and straight filaments. The radio maps, combined with other maps from existing databases, show essentially all radio emission from the peculiar and complex nebula to be thermal and optically thin. Although neither the distance nor the source of excitation of Simeis 57 are known, the nebula can only have a moderate electron density of typically n(e) = 100 cm-3. Its mass is also low, not exceeding some tens of solar masses. Peak emission measures are 5000 pc cm-6.Obscuring dust is closely associated with the nebula, but seems to occur mostly in front of it. Extinctions vary from A(V) = 1.0 mag to A(V) = 2.8 mag with a mean of about 2 mag. The extinction and the far-infrared emission at 100 microns are well-correlated.

研究动机与目标

• 确定具有 S 形形态且缺乏确认距离或电离源的奇特星云 Simeis 57 中射电与光学辐射的性质。
• 利用射电连续谱与 Hα 数据评估电离气体的性质，包括电子密度与质量。
• 绘制并表征星云前方尘埃消光的分布与范围，并分析其与远红外发射的相关性。
• 通过分析多波段射电与光学数据，解决星云视向速度距离与激发源的模糊性问题。
• 澄清所观测结构是源于星云内部过程，还是外部遮蔽与前景尘埃所致。

提出的方法

• 使用 Westerbork 合成射电望远镜与 Dominion 射电天文台，在 608.5、1412 和 1420 MHz 频率对 Simeis 57 进行高分辨率射电连续谱成像。
• 在 AIPS 中进行数据降噪与成像处理，通过减去 Cygnus A 的旁瓣响应，以最小化对 Simeis 57 场的污染。
• 将 1420 MHz DRAO 射电图象与弗吉尼亚理工光谱线调查（VTSS）的 1.6′ 分辨率 Hα 数据进行交叉相关。
• 利用射电与光学流量比（S₁₄₂₀ / F_Hα）= 1.1 × 10⁻¹⁴ Hz⁻¹ 推导前景消光，假设自由-自由辐射为光学薄，并基于 Case B 复合理论。
• 应用消光律 A(λ) ∝ λ⁻¹，将 Hα 消光 A_α 转换为视觉消光 A_V ≈ 1.2 A_α。
• 将 A_V 图象与 IRAS 的 100 μm 远红外发射进行比较，以评估尘埃分布并分析其与消光的相关性。

实验结果

研究问题

• RQ1 Simeis 57 中的射电辐射是热辐射还是非热辐射？这对其电离状态有何含义？
• RQ2 考虑到其奇特形态与未知距离，Simeis 57 中电离气体的电子密度与总质量是多少？
• RQ3 主要的尘埃消光位于星云内部还是其前方？其与远红外发射的空间相关性如何？
• RQ4 观测到的光学与射电形态在多大程度上描绘了相同的电离等离子体？消光如何影响其观测强度分布？
• RQ5 Simeis 57 区域中，视觉消光 A_V 与 100 μm 远红外表面亮度之间存在何种定量关系？

主要发现

• Simeis 57 的所有射电辐射均为热辐射且光学厚度较薄，确认其源自 HII 区中的电离气体。
• 星云具有中等电子密度，约为 100 cm⁻³，总质量不超过几十余倍太阳质量。
• Simeis 57 中的发射量度不超过 5000 pc cm⁻⁶，与低密度电离气体一致。
• 视觉消光范围为 A_V = 1.0 至 2.8 mag，平均值约为 2 mag，与先前低分辨率图象结果高度一致。
• 尘埃消光与 100 μm 远红外发射强烈相关，平均比值为 A_V / σ₁₀₀ = 0.016 mag/(MJy/ster)。
• 尽管大部分尘埃位于星云前方，但其与电离结构密切相关，提示可能存在共同的物理起源或环境。