[论文解读] HeI in the central Giant HII Region of NGC 5253. A 2D observational approach to collisional and radiative transfer effects

A. Monreal‐Ibero, J. R. Walsh+2 more|DIGITAL.CSIC (Spanish National Research Council (CSIC))|Mar 19, 2013

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 43被引用 7

一句话总结

本研究首次利用积分场光谱法对NGC 5253中心巨大H II区中He i谱线的碰撞效应与辐射转移效应进行了二维映射。研究发现，单重态跃迁的碰撞效应可忽略不计，但三重态He i λ7065谱线的辐射通量中碰撞效应贡献高达20%；而辐射转移效应在超星团周围30 pc直径区域内显著，导致平均He+丰度为10³y⁺ = 80.3 ± 2.7，且未检测到明显的丰度梯度。

ABSTRACT

ABRIDGED: NGC5253 is an ideal laboratory for detailed studies of starburst galaxies. We present for the first time in a starburst galaxy a 2D study of the spatial behavior of collisional and radiative transfer effects in He^+. The HeI lines are analysed based on data obtained with FLAMES and GMOS. Collisional effects are negligible for transitions in the singlet cascade while relatively important for those in the triplet cascade. In particular, they can contribute up to 20% of the flux in the HeIl7065 line. Radiative transfer effects are important over an extended and circular area of 30pc in diameter centered at the Super Star Clusters. HeI abundance, y^+, has been mapped using extinction corrected fluxes of six HeI lines, realistic assumptions for T_e, n_e, and the stellar absorption equivalent width as well as the most recent emissivities. We found a mean of 10^3 y^+ ~80.3 over the mapped area. The relation between the excitation and the total helium abundance, y_tot, is consistent with no abundance gradient. Uncertainties in the derivation of He abundances are dominated by the adopted assumptions. We illustrated the difficulty of detecting a putative He enrichment due to the presence of Wolf-Rayet stars in the main GHIIR. Data are marginally consistent with an excess in the N/He ratio in the N enriched area of the order of both, the atmospheric N/He ratios in WR stars and the uncertainties estimated for the N/He ratios.

研究动机与目标

• 研究碰撞效应与辐射转移效应对星暴星系电离气体中He+丰度测定的影响。
• 映射NGC 5253中心巨大H II区中这些效应的空间分布。
• 评估星流等动力学特征对河外H II区中辐射转移的影响。
• 评估在高初始氦丰度存在下，Wolf-Rayet恒星导致的氦富集是否可被探测到。

提出的方法

• 利用FLAMES/VLT和GMOS/Gemini的光学积分场光谱数据，获取空间分辨的He i谱线通量。
• 应用经消光校正的六条He i谱线通量，采用更新后的发射系数及对电子温度（Te）、电子密度（ne）和恒星吸收的合理假设。
• 绘制He i λ3889处的光学深度，识别出以超星团为中心、直径约30 pc的高光学厚度区域。
• 采用三种不同的氦离子化校正因子（ICFs）推导总氦丰度分布图。
• 通过实证方法评估窄线与宽线（星风）动力学组分对辐射转移效应的影响。
• 使用jmaplot进行可视化，NED用于源数据，发射系数数据来自Porter (2010)，并已应用校正。

实验结果

研究问题

• RQ1 碰撞效应如何影响NGC 5253中心H II区中He i谱线的观测通量？不同跃迁之间的影响如何变化？
• RQ2 辐射转移效应在多大程度上改变了推导出的He+丰度？其影响在何处最为显著？
• RQ3 Wolf-Rayet恒星的存在是否会在N/He比中产生可探测的过量？其与观测不确定性的比较如何？
• RQ4 动力学组分（尤其是宽线星风组分）如何影响He i谱线的辐射转移效应？
• RQ5 氮富集程度与辐射转移对He i谱线通量贡献之间是否存在物理关联？

主要发现

• 碰撞效应在He i λ7065谱线中最高可贡献20%的通量，主要影响三重态级联跃迁，而在单重态跃迁中可忽略不计（0.1–0.6%）。
• 在以超星团为中心、直径约30 pc的区域内，He i λ3889的光学深度显著升高，表明该区域存在强烈的辐射转移效应。
• 在映射区域内，平均单电离氦丰度为10³y⁺ = 80.3 ± 2.7，未检测到显著的丰度梯度。
• 氦丰度推导的不确定性主要源于假设（如Te、ICFs），不同ICF方法之间的差异超过统计误差。
• 数据与氮富集区中氮/氦比存在过量的结论勉强一致，但该结果处于估计不确定性的水平，使得探测Wolf-Rayet恒星驱动的氦富集较为困难。
• 宽线动力学组分（星风）受到辐射转移的影响显著高于窄线组分，而标准假设下全局光学深度估计仍保持稳健。