[论文解读] An H-alpha survey aiming at the detection of extraplanar diffuse ionized gas in halos of edge-on spiral galaxies. I. How common are gaseous halos among non-starburst galaxies?

Joern Rossa, R.‐J. Dettmar|ArXiv.org|Apr 24, 2003

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 41被引用 65

一句话总结

本研究对74个侧向螺旋星系进行了H𝛼巡天，以确定非星暴星系中星系晕外弥散电离气体（eDIG）的普遍性。通过H𝛼成像，研究发现当星系具有足够的恒星形成活动时，eDIG晕普遍存在，确定了可检测到eDIG的恒星形成率面密度阈值为(3.2±0.5)×10⁴⁰ erg s⁻¹ kpc⁻²，证实了星系盘恒星形成与晕电离之间存在直接关联。

ABSTRACT

In a series of two papers we present results of a new H-alpha imaging survey, aiming at the detection of extraplanar diffuse ionized gas in halos of late-type spiral galaxies. We have investigated a sample of 74 nearby edge-on spirals, covering the northern and southern hemisphere. In 30 galaxies we detected extraplanar diffuse emission at mean distances of |z|~1-2 kpc. Individual filaments can be traced out to |z|<= 6 kpc in a few cases. We find a good correlation between the FIR flux ratio (S_60/S_100) and the SFR per unit area (L_FIR/D^2_25), based on the detections/non-detections. This is actually valid for starburst, normal and for quiescent galaxies. A minimal SFR per unit area for the lowest S_60/S_100 values, at which extended emission has been detected, was derived, which amounts to (dE/dt)_A25^thres = (3.2+-0.5)x10E+40 erg/s/kpc^2. There are galaxies where extraplanar emission was detected at smaller values of L_FIR/D^2_25, however, only in combination with a significantly enhanced dust temperature. The results corroborate the general view that the gaseous halos are a direct consequence of SF activity in the underlying galactic disk.

研究动机与目标

• 确定非星暴、侧向螺旋星系中星系晕外弥散电离气体（eDIG）晕的普遍性。
• 研究星系盘内恒星形成活动与晕中eDIG存在的相关性。
• 建立可检测到eDIG的恒星形成率面密度（单位面积SFR）的定量阈值。
• 评估尘埃温度增强是否可降低低SFR星系中eDIG的可检测阈值。
• 提供一个无偏样本，涵盖广泛的红外光度（FIR luminosities）和哈勃类型，包括早型和晚型螺旋星系。

提出的方法

• 利用智利的欧洲南方天文台望远镜和卡拉斯托天文台，对74个邻近侧向螺旋星系进行了深度H𝛼窄带成像。
• 测量了从星系盘面垂直距离|z|达6 kpc处的H𝛼流量和表面亮度，以探测延伸的电离发射。
• 利用红外光度（L_FIR）和星系25等深线直径（D_25）计算单位面积恒星形成率（SFR）。
• 计算FIR流量比S_60/S_100作为尘埃温度和恒星形成效率的指标。
• 通过检测与未检测结果的统计分析，定义了eDIG不可检测的SFR面密度阈值（L_FIR/D²_25）。
• 将结果与现有样本（包括星暴星系）进行比较，以验证阈值并评估其普适性。

实验结果

研究问题

• RQ1 在非星暴、侧向螺旋星系中，有多少比例的星系拥有可检测到的星系晕外弥散电离气体（eDIG）晕？
• RQ2 是否存在一个恒星形成率面密度（单位面积SFR）的最小值，低于该值则无法在晕中检测到eDIG？
• RQ3 在具有和不具有eDIG的星系中，FIR流量比S_60/S_100与单位面积SFR之间有何相关性？
• RQ4 低SFR星系中尘埃温度的增强是否可使eDIG在名义阈值以下被检测到？
• RQ5 星系盘-晕之间的联系是否在不同哈勃类型和FIR光度的星系中保持一致？

主要发现

• 在74个侧向螺旋星系中，有30个在垂直距离|z| ≈ 1–2 kpc处检测到星系晕外弥散电离气体（eDIG）。
• 在少数情况下，eDIG丝状结构可延伸至|z| ≤ 6 kpc，表明能量和质量已显著输运至星系晕中。
• 推导出eDIG不可检测的SFR面密度阈值为(3.2±0.5)×10⁴⁰ erg s⁻¹ kpc⁻²。
• 仅当尘埃温度显著增强时，才在低于该阈值的SFR面密度下检测到eDIG。
• 发现FIR流量比S_60/S_100与单位面积SFR（L_FIR/D²_25）之间存在强相关性，该相关性在星暴星系、正常星系和宁静星系中均成立。
• 结果支持eDIG晕是星系盘恒星形成活动的直接结果的假设，超新星爆发和恒星风提供的能量与动量驱动了电离外流。