[论文解读] Physical Conditions in the Dwarf Local Group Irregular Galaxy IC10. I- Diffuse Ionized Gas

A. M. Hidalgo-Gámez|CERN Bulletin|Jun 24, 2005

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 29被引用 8

一句话总结

本研究利用长缝光谱法研究了矮不规则星系IC 10中的弥散电离气体（DIG），发现其高激发态及较低的[SII]/Hα比值与旋涡星系显著不同。主导电离机制为电离星云中光子泄漏与大群沃尔夫-拉叶（WR）星的电离共同作用，激波仅在局部区域起次要作用。

ABSTRACT

A detailed analysis on the physical conditions of the Interstellar Medium in the main body of the Local Group dwarf irregular galaxy IC 10 is carried out using long-slit spectroscopy. Maps of the excitation, the H$α$ flux, [NII]/H$α$ and [SII]/H$α$ are presented. The Diffuse Ionized Gas inside the galaxy is studied. We found that the spectral characteristics are not similar to those for spiral galaxies: the values of the ratios [NII]/H$α$ and [SII]/H$α$ are not as large as in spiral galaxies but the excitation is much larger. These values, especially the large excitation, can be explained by proposing an extra source of ionization. Different sources are studied but any of the models at hand could be really fitted except a combination of photons leaking from the HII regions in addition to the ionization provided by the WR stars present in this galaxy. Shocks are not needed for explaining the line intensity ratios except in a small part in the west side of the galaxy.

研究动机与目标

• 表征矮不规则星系IC 10中弥散电离气体（DIG）的物理条件。
• 确定导致DIG中观测到的高激发态的电离源，该现象与典型旋涡星系不同。
• 评估激波、光致电离或其他机制是否能解释观测到的谱线比值，特别是[NII]/Hα与[SII]/Hα。
• 评估沃尔夫-拉叶（WR）星及电离星云光子泄漏在电离星际介质中的作用。
• 将观测到的谱线比值与理论光致电离模型进行比较，并评估其与数据的拟合程度。

提出的方法

• 使用圣佩德罗马蒂尔天文台的2.1米望远镜进行长缝光谱观测，波长范围为4000–7000 Å，缝宽5角秒。
• 数据处理采用MIDAS软件包，包括偏置和扁场校准、利用He-Ar灯进行波长校准，以及利用标准星进行流量校准。
• 利用圣佩德罗马蒂尔消光表校正大气消光，光谱分辨率约为14–16 Å。
• 构建Hα流量、激发度、[NII]/Hα与[SII]/Hα的空间分布图，以分析电离气体的分布与物理条件。
• 测试了多种电离模型，包括大质量恒星、WR星的光致电离以及激波特异性激发，与Sutherland & Dopita（1993）模型进行比较。
• 通过计算WR星的斯特鲁姆伦球半径及其总电离光子输出，估算WR星的贡献，假设观测区域内存在10颗WR星。

实验结果

研究问题

• RQ1 IC 10中弥散电离气体（DIG）的物理条件是什么？与旋涡星系中的条件有何不同？
• RQ2 鉴于其异常的谱线比值，IC 10中DIG观测到的高激发态的主导电离机制是什么？
• RQ3 标准光致电离模型能否解释观测到的[NII]/Hα与[SII]/Hα比值？是否需要额外的电离源？
• RQ4 沃尔夫-拉叶（WR）星及电离星云光子泄漏在DIG电离中所起的作用有多大？
• RQ5 激波是否为解释谱线比值所必需？若需要，出现在哪些区域？

主要发现

• IC 10中[NII]/Hα与[SII]/Hα比值与旋涡星系显著不同，[SII]/Hα值较低，而激发度远高于后者。
• 无标准光致电离模型能再现观测到的谱线比值，表明需要非标准电离机制。
• 40%的电离星云光子泄漏与大群WR星（观测区域内至少10颗）共同电离，最能解释IC 10主体区域中高且均匀的激发态。
• 该区域内10颗WR星的斯特鲁姆伦球总面积约为122,719 pc²，足以解释观测到的电离水平。
• 仅有少数区域——主要位于星系南部——需要额外电离源，可能为WR星风激波，但[SII]/Hα比值并不强烈支持此类激波的存在。
• 要产生观测到的[SII]/Hα比值，需约500 km s⁻¹的激波速度，但仅有少于12个位置超过0.7的阈值，表明激波贡献有限。