[论文解读] Chemical Abundances of NGC 5461 and NGC 5471 derived from Echelle Spectrophotometry

V. Luridiana, C. Esteban+2 more|LA Referencia (Red Federada de Repositorios Institucionales de Publicaciones Científicas)|May 2, 2002

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 2被引用 9

一句话总结

本研究对M101星系中的两个巨大H II区NGC 5461和NGC 5471进行了高分辨率阶梯光栅光谱测光，利用定制的光致电离模型和电离校正因子（ICFs）推导出物理条件和化学丰度。研究发现，基于Mathis & Rosa（1991）方法的ICFs与基于模型的ICFs之间存在显著差异，尤其在氮、氖、氯和氩元素上，表明标准ICF方案在金属丰度较低、电离受限的H II区中存在局限性。

ABSTRACT

We present high resolution spectroscopic data of the two giant extragalactic H II regions NGC 5461 and NGC 5471 in M101, which have been obtained with the 2.1-m telescope of the Observatorio Astronómico Nacional in San Pedro Mártir, Baja California. We measured the intensities of several H and He recombination lines, and of forbidden lines of a large number of ions. We calculate the physical conditions in the two nebulae with a large number of diagnostics and determine their chemical abundances by applying ionization correction factors icf's to the observed ionic abundances. For NGC 5461, the icf's are based on a tailored photoionization model of the region (Luridiana & Peimbert 2001), while for NGC 5471 they are computed from those predicted by a photoionization model of NGC 2363 (Luridiana, Peimbert, & Leitherer 1999), a region which is similar to NGC 5471 in the ionization structure. For both regions, the icf's are compared to those computed following the prescriptions by Mathis & Rosa (1991). Such comparison shows large discrepancies for several elements, including nitrogen, neon, and chlorine.

研究动机与目标

• 确定M101星系中两个巨大河外H II区NGC 5461和NGC 5471的精确化学丰度。
• 通过使用定制的光致电离模型而非经验公式，提高电离校正因子（ICF）的准确性。
• 通过将Mathis & Rosa（1991）ICF方法与基于模型的ICF进行比较，评估其在关键元素上的可靠性。
• 研究氮、氖、氯和氩的ICF差异，特别是在电离受限星云中的表现。
• 评估密度涨落和电荷交换反应对丰度测定的影响。

提出的方法

• 利用圣佩德罗马丁尔天文台的2.1米望远镜获取了高分辨率阶梯光栅光谱测光，波段覆盖3450–9100 Å，光谱分辨率FWHM为0.5 Å。
• 测量了氢和氦复合线的线强度，以及多种离子的禁线强度（如[O II]、[S II]、[Ar IV]），用于物理条件诊断。
• 通过多种独立诊断方法（包括[O III] λ4363、[S II] λλ6717,6731和[Ar IV] λ4711）推导出电子温度和密度等物理条件。
• 针对未观测到的离子态，使用为NGC 5461定制的光致电离模型（Luridiana & Peimbert 2001）和NGC 2363的模型（Luridiana et al. 1999）计算ICF，因NGC 5471具有相似的电离结构。
• 将计算得到的ICF值与Mathis & Rosa（1991）经验方法预测的ICF值进行比较，以评估系统性偏差。
• 通过将观测到的离子丰度与ICF结合，考虑电离结构和填充因子，计算总元素丰度。

实验结果

研究问题

• RQ1 对于NGC 5461和NGC 5471，基于详细光致电离模型推导出的ICF与Mathis & Rosa（1991）经验公式的ICF相比如何？
• RQ2 氮、氖、氯和氩的ICF差异在多大程度上影响了总元素丰度的推导结果？
• RQ3 为何使用Mathis & Rosa（1991）方法时，Ne++和Cl++的ICF被高估，而基于模型的ICF则较低？
• RQ4 电离受限条件和电荷交换反应（如O++ + H⁰ → O⁺ + H⁺）如何影响NGC 5461中ICF的可靠性？
• RQ5 由于ICF依赖于模型和电离结构，NGC 5461的丰度测定是否比NGC 5471更不确定？

主要发现

• NGC 5461中N⁺的ICF基于Luridiana & Peimbert（2001）模型推导出的值约为Mathis & Rosa（1991）方法结果的两倍。
• NGC 5461中Ne++的ICF也约为Mathis & Rosa（1991）预测值的两倍，表明经验方法可能存在高估。
• 对于NGC 5461，基于模型的Ne++ ICF高于经验ICF，也高于由经验关系Ne++/O++ = Ne/O推导出的值，提示模型可能存在高估。
• NGC 5461中推导出的log(O/Ne)比值可能为上限值，因为电荷交换反应会降低有效Ne++ ICF。
• 对于NGC 5471，Mathis & Rosa（1991）方法得到的Cl++ ICF使log(Cl/O) = -2.81，而基于模型的ICF给出log(Cl/O) = -3.71，显示出显著差异。
• Mathis & Rosa（1991）方法预测的Ar++ ICF使log(Ar/O) = -1.67，而基于模型的ICF给出log(Ar/O) = -2.38，表明经验方法存在显著高估。