[论文解读] Diffuse interstellar bands in the HII region M17: Insights into their relation with the total-to-selective visual extinction $R_V$

M. C. Ramírez-Tannus, N. L. J. Cox+2 more|UvA-DARE (University of Amsterdam)|Aug 30, 2018

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 66被引用 5

一句话总结

本研究调查了HII区M17中的弥散星际带（DIBs），发现归一化为视觉消光的DIB强度（EW/A_V）与R_V^(-1)呈线性相关，揭示出两组不同的DIB：一组对R_V的敏感性与DIB强度成正比，另一组则表现出强而恒定的敏感性，与强度无关。这些结果表明DIB载体与星际尘埃密切相关，对尘埃颗粒尺寸变化的不同响应暗示了载体性质的多样性。

ABSTRACT

Diffuse interstellar bands (DIBs) are broad absorption features measured in sightlines probing the diffuse interstellar medium. Although large carbon-bearing molecules have been proposed as the carriers producing DIBs, their identity remains unknown. The sight line to the young massive star-forming region M17 shows anomalous extinction in the sense that the total-to-selective extinction parameter differs significantly from the average Galactic value and may reach values $R_{V} > 4$. Given the high $R_V$ values, we investigate whether the DIBs in sight lines towards young OB stars in M17 show a peculiar behaviour. We measure the properties of the most prominent DIBs in M17 and study these as a function of $E(B-V)$ and $R_{V}$. The DIB strengths in M17 concur with the observed relations between DIB equivalent width and reddening $E(B-V)$ in Galactic sight lines. For several DIBs we discover a linear relation between the normalised DIB strength EW/$A_{V}$ and $R_{V}^{-1}$. These trends suggest two groups: (i) a group of ten moderately strong DIBs that show a sensitivity to changes in $R_{V}$ that is modest and proportional to DIB strength, and (ii) a group of four very strong DIBs that react sensitively and to a similar degree to changes in $R_{V}$, but in a way that does not appear to depend on DIB strength. The DIB behaviour as a function of reddening is not peculiar in sight lines to M17. Also, we do not detect anomalous DIB profiles as seen in Her 36. DIBs are stronger, per unit visual extinction, in sight lines characterised by a smaller value of $R_{V}$ (large fraction of small dust particles). New relations between extinction normalised DIB strengths, EW/$A_V$, and $R_V$ support the idea that DIB carriers and interstellar dust are connected. Given the distinct behaviour of two groups of DIBs, different types of carriers do not necessarily relate to the dust grains in a similar way.

研究动机与目标

• 调查M17方向高R_V视线中的DIB是否表现出与典型银河系DIB不同的异常行为。
• 检查DIB强度（归一化为视觉消光）与总消光与选择消光之比R_V之间的关系。
• 确定M17中的DIB行为是否支持或挑战现有将DIB载体与尘埃颗粒特性联系起来的模型。
• 识别解释在高R_V值的恒星形成区中观测到的DIB-R_V趋势的潜在物理机制。

提出的方法

• 测量M17的高分辨率光谱数据中显著DIB的等效宽度（EW）。
• 利用恒星的固有星等和光谱类型计算视觉消光A_V和色指数超额E(B-V)，避免依赖Cardelli的消光律以处理高R_V值。
• 使用Fitzpatrick & Massa（2007）关系式，通过E(V-K)/E(B-V)的比值计算R_V，以获得准确的消光参数。
• 分析归一化DIB强度（EW/A_V）随R_V^(-1)的变化，识别多个视线方向中的趋势。
• 根据其对R_V的敏感性对DIB进行分组，区分对R_V敏感性与DIB强度成正比的DIB和敏感性恒定的DIB。
• 提出三种物理情景以解释观测到的DIB-R_V响应：尘埃聚集、紫外驱动的DIB生成和电离效应。

实验结果

研究问题

• RQ1 M17方向高R_V视线中的DIB是否表现出与典型银河系视线中DIB不同的异常行为？
• RQ2 在M17及其他高R_V视线中，归一化DIB强度（EW/A_V）与R_V^(-1)之间是否存在可测量的相关性？
• RQ3 不同DIB是否对R_V的变化表现出不同的敏感性？若存在，这对它们的物理载体意味着什么？
• RQ4 观测到的DIB-R_V趋势是否能通过恒星形成区中的尘埃颗粒聚集、紫外驱动生成或电离效应来解释？
• RQ5 M17中的DIB是否表现出类似Herschel 36中观测到的红翼不对称性，表明其具有独特的物理环境？

主要发现

• M17中的DIB未表现出异常行为；其强度随E(B-V)增加，与标准银河系关系一致。
• 发现归一化DIB强度（EW/A_V）与R_V^(-1)之间存在线性相关，表明在R_V较小（即小尘埃颗粒更多）的视线中，单位消光的DIB更强。
• 十个中等强度DIB表现出与本征强度成正比的R_V敏感性，暗示与载体丰度或截面相关的共同物理机制。
• 四个非常强的DIB（4430、6284、13176、15268 Å）表现出恒定且较高的R_V敏感性，与强度无关，表明其具有不同的物理起源或环境。
• 在9577和9632 Å处检测到C60+ DIB，柱密度为2.5–4.3×10^13 cm⁻²，与已知载体一致。
• 未在M17 DIB中观测到红翼不对称性，与Herschel 36中的情况不同，表明此类特征在大质量恒星形成区中并不常见。