[论文解读] Infrared Emission from the Radio Supernebula in NGC 5253: A Proto-Globular Cluster?

Varoujan Gorjian, Jean L. Turner+1 more|CERN Bulletin|Mar 7, 2001

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena被引用 101

一句话总结

该论文基于其在11.7和18.7 μm处的极端中红外发射，提出NGC 5253中的射电超新星云是由10⁵–10⁶颗O型星组成的致密年轻星团所驱动的原球状星团。红外与射电流量比排除了超新星的可能性，并证实其为热电离氢区，表明存在一个质量大、紧凑且极年轻的星团（≤10⁵年），可能是迄今观测到的最年轻的球状星团。

ABSTRACT

Hidden from optical view in the starburst region of the dwarf galaxy NGC 5253 lies an intense radio source with an unusual spectrum which could be interpreted variously as nebular gas ionized by a young stellar cluster or nonthermal emission from a radio supernova or an AGN. We have obtained 11.7 and 18.7 micron images of this region at the Keck Telescope and find that it is an extremely strong mid-infrared emitter. The infrared to radio flux ratio rules out a supernova and is consistent with an HII region excited by a dense cluster of young stars. This "super nebula" provides at least 15% of the total bolometric luminosity of the galaxy. Its excitation requires 10^5-10^6 stars, giving it the total mass and size (1-2 pc diameter) of a globular cluster. However, its high obscuration, small size, and high gas density all argue that it is very young, no more than a few hundred thousand years old. This may be the youngest globular cluster yet observed.

研究动机与目标

• 确定NGC 5253中射电超新星云的性质，该源表现出异常平坦或上升的谱，且缺乏光学对应体。
• 通过探测中红外谱谱能分布（SED），解决射电发射起源于非热（如超新星、活动星系核）还是热（电离氢区）机制的模糊性。
• 鉴于其质量、尺寸和高度消光，评估该源是否代表了原球状星团形成最早阶段的天体。
• 评估星云的动力学和物理条件，包括气体密度、恒星密度以及潜在的约束机制。

提出的方法

• 利用凯克I望远镜上的长波长光谱仪，在11.7 μm和18.7 μm处获取高分辨率中红外图像。
• 使用标准星（β Gem，α Boo）进行流量定标，不确定度为10%，以确保测光精度。
• 将红外流量与档案中的IRAS、ISO以及地面10.8 μm数据进行比较，以评估长期变异性与源的稳定性。
• 利用红外与射电流量比，区分热（电离氢区）与非热（超新星遗迹、活动星系核）发射机制。
• 基于声速膨胀速度（10 km s⁻¹）估算动力学时标，推断其年龄上限约为10⁵年。
• 鉴于未检测到分子气体，评估磁场压力与引力束缚作为星云约束机制的可能性。

实验结果

研究问题

• RQ1 NGC 5253中的射电超新星云是热电离氢区、超新星遗迹，还是活动星系核？
• RQ2 在11.7和18.7 μm处检测到的强烈中红外发射的本质是什么？
• RQ3 红外与射电流量比能否排除非热起源（如射电超新星）的可能性？
• RQ4 基于星云激发状态和膨胀时标，推断电离源的恒星种群和年龄为何？
• RQ5 该源是否与原球状星团在形成最早阶段的特征一致？

主要发现

• 该源在11.7 μm处表现出强烈的中红外发射，流量为2.2 Jy，在18.7 μm处为2.9 Jy，证实其为极其明亮的中红外源。
• 红外与射电流量比排除了射电超新星的可能性，因为超新星并非强中红外发射体，且其流量自1972年以来保持稳定。
• 基于谱谱能分布，该源与由10⁵–10⁶颗O型星组成的致密星团激发的热电离氢区一致。
• 星云直径为1.5 pc，气体密度约为~4×10⁴ cm⁻³，与紧凑、高压电离氢区一致。
• 膨胀的动力学时标约为10⁵年，表明该源极为年轻，年龄上限≤10⁵年。
• 在200 pc范围内未检测到CO发射，表明无分子气体约束，但约50–57 μG的磁场可能对压力平衡有所贡献。