[论文解读] On the nature of diffuse ionized gas in galaxies -- I The contribution of dust scattering to diffuse line emission

Y. Ascasíbar, G. Guidi+3 more|arXiv (Cornell University)|Feb 26, 2016

Astrophysics and Star Formation Studies被引用 4

一句话总结

本研究利用基于银河系类星系的宇宙学流体动力学模拟的辐射转移模拟，调查了尘埃散射对邻近星系中弥漫Hα发射的贡献。结果表明，散射光仅占致密H ii区Hα辐射通量的1–2%，这意味着弥漫电离气体（DIG）成分对总Hα发射的贡献小于50%，尘埃散射虽为次要因素但不可忽略，需对观测的谱线通量进行校正。

ABSTRACT

In this work, we investigate the contribution of dust scattering to the diffuse H-alpha emission observed in nearby galaxies. As initial conditions for the spatial distribution of HII regions, gas, and dust, we take three Milky Way-like galaxies from state-of-the-art cosmological hydrodynamical simulations that implement different prescriptions for star formation, feedback, and chemical enrichment. Radiative transfer has been solved a posteriori, using the publicly-available Monte Carlo code Sunrise to take into account dust absorption and scattering of the H-alpha photons, originating exclusively from the HII regions. No contribution from recombinations in the diffuse ionized gas (DIG) component is explicitly or implicitly included in our model. Our main result is that the flux arising from scattered light is of the order of 1-2 per cent of the H-alpha flux coming directly from the HII regions. Building upon previous studies, we conclude that the DIG contributes lass than 50 per cent of the total H-alpha emission.

研究动机与目标

• 量化尘埃散射对邻近星系中弥漫Hα发射的贡献。
• 评估观测到的弥漫谱线发射中有多少源于散射光而非真实的弥漫电离气体（DIG）。
• 利用真实星系模拟，分离H ii区与DIG对总Hα光度的相对贡献。
• 通过结合散射效应与已知的电离光子逃逸比例，约束弥漫电离气体的物理起源。

提出的方法

• 使用公开的蒙特卡洛代码SUNRISE进行辐射转移模拟，以模拟Hα光子在星际尘埃与气体中的传播。
• 初始条件取自三个宇宙学流体动力学模拟（Aquarius A、B、C），其恒星形成、反馈及化学富集方案各不相同。
• 将Hα发射建模为仅来源于致密H ii区，DIG成分不显式贡献复合辐射。
• 利用气体、尘埃及H ii区的空间分布，计算散射光通量，并与直接H ii区发射进行比较。
• 应用自定义算法在合成图像中分离致密H ii区与弥漫发射，实现通量分解。
• 计算面朝上与边缘朝向星系的散射通量（F_sca）与H ii区通量（F_HII）之比。

实验结果

研究问题

• RQ1 在邻近星系中，观测到的弥漫Hα发射中有多少比例是由于尘埃散射而非真实的弥漫电离气体？
• RQ2 散射光的贡献如何随星系取向、形态及金属丰度而变化？
• RQ3 尘埃散射在多大程度上影响了致密H ii区与弥漫成分之间的观测通量比？
• RQ4 仅靠散射能否解释Hα与禁线的观测通量梯度，而无需引入内在DIG电离机制？
• RQ5 散射贡献对维持DIG所需的电离光子逃逸比例有何约束？

主要发现

• 尘埃散射的Hα光子通量约为致密H ii区直接发射通量的1–2%，且在不同星系间变化极小。
• 对于面朝上的星系，由于消光较弱，尘埃散射可略微增加总观测Hα通量；而边缘朝向的星系则因吸收作用导致通量最多减少30%。
• 与DIG成分相比，散射光对总Hα光度的贡献可忽略不计，其关系为F_sca/F_DIG ≈ 0.015 × (1 - f_DIG)/f_DIG。
• 若DIG贡献了总Hα发射的50%，则散射光相对于DIG的贡献仅约1–2%，与先前研究的下限一致。
• 结果表明，Hα发射的大部分来源于致密H ii区，意味着电离光子逃逸比例（f_DIG ≈ 0.1–0.2）低于某些模型先前假设的水平。
• 在星系取向变化下，F_sca/F_HII比值未表现出系统性趋势，尽管个别情况受尘埃分布与几何结构影响而存在差异。