[论文解读] Spectroscopy of diffuse ionized gas in halos of selected edge-on galaxies

R. Tuellmann, R.‐J. Dettmar|arXiv (Cornell University)|Aug 22, 2000

Spectroscopy and Laser Applications被引用 3

一句话总结

本研究利用光学长缝光谱学方法，调查了七种侧向螺旋星系晕中弥散电离气体（DIG）的电离机制。研究发现，仅靠光致电离模型无法解释观测到的谱线流量比，特别是[N ii]/Hα、[O i]/Hα和[He i]/Hα，尤其是在较高|z|处，表明需要额外的电离源（如激波），这一结论得到了随星系盘面高度增加而谱线展宽加剧的支持。

ABSTRACT

In order to examine the excitation and ionization mechanism of extraplanar diffuse ionized gas (DIG) we have obtained optical longslit spectra of seven edge-on spiral galaxies. In four objects the brightest emission lines can be traced out to distances of typically 1.5 kpc above the disk. For NGC1963 and NGC3044 line ratios such as [NII]6583/Ha or [SII]6717/Ha as well as [OIII]5007/Hb could be measured for the halo DIG. This allows us to discuss the DIG in the halo of these objects in the framework of diagnostic diagrams. For these two objects, the line ratios of [OIII]5007/Hb decrease with increasing z, different from the recently reported trend in NGC891 (Rand 1998). We find that emission lines from the DIG in the disks are in good agreement with photoionization models using a dilute radiation field. However, with increasing z these models fail to predict the measured [OI]6300/Ha and HeI5876/Ha line ratios for NGC1963. Diagnostic diagrams reveal for NGC1963 the need for a second ionization mechanism of the halo DIG (besides photoionization). This additional source could be shock ionization. The same diagrams demonstrate an intermediate classification for NGC3044. Plots of [SII]/[NII] vs. emission measure reveal significant changes towards the halo and seem to trace local small scale density fluctuations of the extraplanar DIG.

研究动机与目标

• 确定侧向螺旋星系盘外区域弥散电离气体（DIG）的电离与激发机制。
• 检验标准光致电离模型（如Ma86、DM94）在解释星系晕DIG中观测到的发射线流量比时的有效性。
• 探究是否需要超出光致电离（如激波特致电离）的其他电离机制来解释谱线流量比的偏差。
• 研究谱线流量比（如[S ii]/[N ii]）的空间变化及其与晕中气体运动学和密度涨落的相关性。
• 评估金属丰度和局部密度变化在塑造盘外气体观测诊断图趋势中的作用。

提出的方法

• 利用位于智利拉西拉的欧洲南方天文台1.52米望远镜和博勒与奇文斯光谱仪，获取了七种侧向螺旋星系的光学长缝光谱。
• 波长覆盖范围为3500 Å至7450 Å，色散为126 Å mm⁻¹，光谱分辨率4.6 Å（FWHM）。
• 测量了关键谱线的发射线流量，包括Hα、[N ii] λ6583、[S ii] λ6717、[O iii] λ5007、[O i] λ6300和[He i] λ5876。
• 构建诊断图（如[O iii]/Hβ vs. [N ii]/Hα）以分类电离机制，并与理论模型进行比较。
• 分析谱线宽度（FWHM）随星系高度|z|的变化，以推断动力学湍流及潜在的激波特致电离贡献。
• 利用发射量和[S ii]/[N ii]比值探测盘外介质中的小尺度密度涨落。

实验结果

研究问题

• RQ1 标准光致电离模型在多大程度上能解释星系晕中弥散电离气体的观测谱线流量比？
• RQ2 谱线流量比（如[O iii]/Hβ、[N ii]/Hα和[S ii]/[N ii]）如何随星系平面高度|z|变化？
• RQ3 有哪些证据表明存在超出大质量恒星紫外辐射的非光致电离机制（如激波）？
• RQ4 谱线展宽（FWHM）随|z|的变化趋势如何与电离状态相关联，并支持激波或湍流加热？
• RQ5 [S ii]/[N ii]的变化在多大程度上反映了晕中DIG的局部密度涨落或金属丰度变化？

主要发现

• 对于NGC 1963和NGC 3044，[O iii]/Hβ比值随|z|增加而减小，与NGC 891中观测到的上升趋势相反，表明不同星系间电离机制存在差异。
• 光致电离模型无法在NGC 1963的高|z|区域重现观测到的[N ii]/Hα、[O i]/Hα和[He i]/Hα比值，表明需要额外的电离源。
• 谱线展宽（FWHM）随|z|增加而增强，尤其在NGC 1963和NGC 3044中更为明显，表明晕中气体湍流或激波活动增强。
• 诊断图显示，NGC 1963的晕中DIG位于与光致电离和激波特致电离共同作用一致的区域，而NGC 3044则呈现中间分类。
• [S ii]/[N ii]比值在约250 pc尺度上显著变化，表明盘外DIG中存在小尺度密度涨落，标准模型未能完全捕捉。
• [S ii]/[N ii]的变化与谱线展宽趋势共同表明，局部条件（如电子温度、密度和金属丰度）可能随高度变化，挑战了均匀模型假设。