[论文解读] Spectroscopy of diffuse light in dust clouds. Scattered light and the solar neighbourhood radiation field

K. Lehtinen, K. Mattila|arXiv (Cornell University)|Nov 30, 2012

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 36被引用 4

一句话总结

本研究利用长缝光谱仪对两个邻近的暗星云——指印星云和DC303.8-14.2——中的散射光进行了高光谱分辨率（3500–9000 Å）观测，以分离星际辐射场（ISRF）并探测发射线。结果表明，连续谱和吸收特征与合成的综合星光光谱一致，而发射线及DC303.8-14.2中未解释的过量发射则表明散射光与局部温暖电离介质存在双重贡献，且DC303.8-14.2中可能存在扩展红发射（ERE）。

ABSTRACT

The optical surface brightness of dark nebulae is mainly due to scattering of integrated starlight by classical dust grains. It contains information on the impinging interstellar radiation field, cloud structure, and grain scattering properties. We have obtained spectra of the scattered light from 3500 to 9000 Angstrom in two globules, the Thumbprint Nebula and DC303.8-14.2. We use observations of the scattered light to study the impinging integrated starlight spectrum as well as the scattered H-alpha and other line emissions from all over the sky. We search also for the presence of other than scattered light in the two globules. We obtained long-slit spectra encompassing the whole globule plus adjacent sky in a one-slit setting, thus enabling efficient elimination of airglow and other foreground sky components. We calculated synthetic integrated starlight spectra for the solar neighbourhood using HIPPARCOS-based stellar distributions and the spectral library of Pickles. Spectra are presented separately for the bright rims and dark cores of the globules. The continuum spectral energy distributions and absorption line spectra can be well modelled with the synthetic integrated starlight spectra. Emission lines of H-alpha + NII, H-beta, and SII are detected and are interpreted in terms of scattered light plus an in situ warm ionized medium component behind the globules. We detected an excess of emission over the wavelength range 5200-8000 Angstrom in DC303.8-14.2 but the nature of this emission remains open.

研究动机与目标

• 通过利用暗星云中散射光作为代理，实证测定太阳邻近区域星际辐射场（ISRF）的光谱能量分布（SED）。
• 调查光致发光（如扩展红发射，ERE）是否在经典散射之外对暗星云表面亮度有贡献。
• 通过分别分析明亮边缘和暗核心，分离Hα、[N ii]、Hβ和[S ii]线中散射光与原位发射的贡献。
• 检验基于HIPPARCOS恒星分布和Pickles光谱库生成的合成ISRF模型，与观测星云光谱的一致性。

提出的方法

• 使用ESO NTT/EMMI仪器进行长缝光谱观测，覆盖整个星云及其邻近天空，以有效扣除空气辉线和大气吸收。
• 从明亮边缘和暗核心区域提取光谱，以分离空间分辨的散射光与发射线成分。
• 利用基于HIPPARCOS的恒星分布和Pickles光谱库生成合成ISRF，以模拟综合星光光谱。
• 将观测光谱与合成ISRF进行比较，评估连续谱形状和夫琅和费吸收线特征的一致性。
• 将Hα+[N ii]、Hβ和[S ii]的发射线成分建模为来自远处HII区的散射光与星云后方局部温暖电离介质（WIM）的贡献。
• 在DC303.8-14.2的5200–8000 Å波段识别出过量发射，其与ERE可能存在关联，但性质尚未确认。

实验结果

研究问题

• RQ1 在星云中观测到的散射光谱在多大程度上与基于本地恒星分布生成的合成ISRF相匹配？
• RQ2 Hα、[N ii]、Hβ和[S ii]中的发射线主要是由散射光引起，还是需要额外的原位电离介质组分？
• RQ3 在这些暗星云的弥漫光中，特别是在5200–8000 Å波段，是否存在扩展红发射（ERE）的证据？
• RQ4 致密云中尘埃颗粒的散射特性如何随波长变化，特别是在红-光学波段？
• RQ5 在DC303.8-14.2中5500–8000 Å波段检测到的过量发射的起源是什么，其特性是否与ERE一致？

主要发现

• 指印星云明亮边缘（τ ≈ 2）的连续谱能量分布（SED）与合成ISRF光谱几乎完全一致，验证了太阳邻近区域ISRF模型的有效性。
• 观测光谱中检测到强夫琅和费吸收线，其保真度足以确认散射光起源于本地银河系的综合星光。
• 检测到Hα+[N ii]、Hβ和[S ii]的发射线，并解释为来自远处HII区的散射光与星云后方局部温暖电离介质（WIM）组分的共同贡献。
• 在DC303.8-14.2的5200–8000 Å波段识别出过量发射特征，指印星云中虽较弱但仍有提示性过量，其形态与其它星际环境中观测到的扩展红发射（ERE）相似。
• DC303.8-14.2中过量发射的性质尚未确认，但并非源自散射光或已知发射线，因此仍存在ERE或其他光致发光过程的可能性。
• 本研究证实，暗星云可作为ISRF的有效远程探测器，高光谱分辨率使对ISRF和尘埃散射特性的约束得到显著改善。