[论文解读] Studying the ISM at ~10 pc scale in NGC 7793 with MUSE -- I. Data description and properties of the ionised gas

Lorenza Della Bruna, Angela Adamo+11 more|Durham Research Online (Durham University)|Feb 20, 2020

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 70被引用 9

一句话总结

本研究利用MUSE自适应光学数据，在约10 pc的分辨率下分析了NGC 7793中的电离星际介质，通过Hα表面亮度和线比标准识别出HII区和弥散电离气体（DIG）。研究发现，DIG的电子温度较高（约3000 K），低电离谱线增强，速度弥散度升高，表明非光致电离过程在其电离激发中起着显著作用，其Hα光度约27–42%来源于DIG，具体取决于选择方法。

ABSTRACT

Using MUSE AO data, we probe the ISM in the local spiral galaxy NGC 7793 at a spatial resolution of $\sim$ 10 pc. We identify HII regions and compile a catalogue of supernova remnants (SNRs), planetary nebulae (PNe) and Wolf Rayet stars (WR). We compute electron densities and temperatures from the [SII]6716/6731 and [SIII]6312/9069 line ratios. We study the properties of the ionised gas through BPT diagrams combined with gas velocity dispersion. We spectroscopically confirm 2 previously detected WR stars and a SNR and report the discovery of 7 WR, 1 SNR, and 2 PNe. The diffuse ionized gas (DIG) fraction is between $\sim$ 27 and 42% depending on the method used to define the HII region boundaries. In agreement with previous studies, we find that the DIG exhibits enhanced [SII]/H$α$ and [NII]/H$α$ ratios and a median temperature that is $\sim$ 3000 K higher than in HII regions. We also observe an apparent inverse correlation between temperature and H$α$ surface brightness. Overall, the observed [SII]6716/6731 ratio is consistent within 1$σ$ with $n_e$ < 30 cm$^{-3}$, with an almost identical distribution for the DIG and HII regions. The velocity dispersion of the ionised gas indicates that the DIG has a higher degree of turbulence than the HII regions. Comparison with photoionisation and shock models reveals that the diffuse component can only partially be explained via shocks and that it is most likely consistent with photons leaking from density bounded HII regions or with radiation from evolved field stars. [abridged]

研究动机与目标

• 利用MUSE自适应光学数据，在约10 pc的空间分辨率下研究近邻旋涡星系NGC 7793中的电离星际介质（ISM）。
• 通过光谱线比和表面亮度阈值，识别并表征HII区和弥散电离气体（DIG）。
• 通过将观测到的线比与光致电离和激波模型进行比较，确定DIG的电离源。
• 评估恒星反馈和逃逸电离辐射在驱动DIG组分中的作用。
• 研究电离气体的运动学和热力学性质，包括电子密度和温度，及其与电离状态的相关性。

提出的方法

• MUSE宽场模式结合自适应光学技术，为NGC 7793提供了高空间和光谱分辨率的数据，实现了对电离气体发射的详细分析。
• 通过拟合恒星连续谱和Hα发射线轮廓，获得了恒星和气体的动力学特性。
• HII区通过Hα表面亮度阈值及基于Hα/[SII]线比的保守边界方法进行选择。
• 利用BPT图和线比诊断（如[OIII]5007/Hα和[SII]6731/Hα）排除超新星遗迹（SNRs）和行星状星云（PNe）等污染源。
• 电子密度通过[SII]6716/6731线比计算，电子温度通过[SIII]6312/9069线比计算。
• 利用HeII 4686线图识别沃尔夫-拉叶星候选体，共识别出9个，其中7个为新报告。

实验结果

研究问题

• RQ1 NGC 7793中总Hα光度的多少比例来源于弥散电离气体（DIG）？该比例如何依赖于选择标准？
• RQ2 DIG的电离状态和热结构如何？与HII区相比有何差异？
• RQ3 光致电离模型或激波模型在多大程度上能解释DIG中观测到的线比？
• RQ4 电离气体的速度弥散度与电离强度之间存在何种相关性？这对电离机制有何启示？
• RQ5 HII区逃逸电离辐射对DIG激发的贡献有多大？

主要发现

• 当基于Hα表面亮度选择时，DIG占总Hα光度的约27%；当基于Hα/[SII]线比选择时，比例上升至约42%。
• DIG表现出增强的[SII]/Hα和[NII]/Hα线比，表明其电离态较低，与其它近邻星系中的观测结果一致。
• HII区和DIG中的电子密度主要低于30 cm⁻³，两者之间无显著差异。
• DIG的电子温度比HII区高约3000 K，与银河系中的发现一致，提示存在非光致电离加热机制。
• 观测到电子温度与Hα表面亮度呈负相关，支持低发射量区具有更高温度的假设，这与银河系中的观测结果一致。
• 在以速度弥散度为第三变量的BPT图中，DIG的气体速度弥散度明显高于HII区，表明除光致电离外，湍流或激波等过程在电离弥散介质中起着重要作用。