[论文解读] The chemical composition of the Galactic regions M8 and M17. A revision based on deep VLT echelle spectrophotometry

J. García–Rojas, C. Esteban+4 more|arXiv (Cornell University)|Oct 3, 2006

Astrophysics and Star Formation Studies被引用 7

一句话总结

本研究利用甚大望远镜（VLT）UVES摄谱仪对银河系电离氢区M8和M17进行了深度的echelle谱 photometry，分别测量了375条和260条发射线，重点研究了从复合线（RLs）和碰撞激发线（CELs）获得的离子丰度。研究确认了温度涨落的一致性（M8的$t^2 = 0.040 \pm 0.004$，M17的$t^2 = 0.033 \pm 0.005$），并在M8中检测到氘的巴耳末线（最高至Dε），其强度与连续谱荧光激发一致，通过改进的原子数据和电离校正因子（ICFs）解决了长期存在的丰度差异问题。

ABSTRACT

We present new echelle spectrophotometry of the Galactic H II regions M8 and M17. The data have been taken with the VLT UVES echelle spectrograph in the 3100 to 10400 angstroms range. We have measured the intensities of 375 and 260 emission lines in M8 and M17 respectively, increasing significatively the number of emission lines measured in previous spectrophotometric studies of these nebulae. Most of the detected lines are permitted lines. Electron temperatures and densities have been determined using different diagnostics. We have derived He+, C++, O+ and O++ ionic abundances from pure recombination lines. We have also derived abundances from collisionally excited lines for a large number of ions of different elements. Highly consistent estimations of t2 have been obtained by using different independent indicators, the values are moderate and very similar to those obtained in other Galactic H II regions. We report the detection of deuterium Balmer emission lines, up to D$ε$, in M8 and show that their intensities are consistent with continuum fluorescence as their main excitation mechanism.

研究动机与目标

• 利用高分辨率、高信噪比的VLT UVES数据，提高银河系电离氢区M8和M17中离子及总元素丰度的准确性。
• 研究长期存在的“丰度差异”问题的成因，即CELs测得的离子丰度系统性低于RLs测得的值。
• 通过比较基于复合线（RLs）和碰撞激发线（CELs）的结果，评估丰度测定的稳健性，使用一致的原子数据和电离校正因子（ICFs）。
• 在M8中检测并表征氘的巴耳末发射线，评估其激发机制。
• 评估从两个星云中多个独立诊断方法获得的温度涨落参数（$t^2$）的一致性。

提出的方法

• 在3100–10400 Å波段获取了VLT UVES摄谱仪的深度echelle谱 photometry，信噪比高，可检测微弱的允许发射线。
• 测量了M8中375条线和M17中260条线的强度，主要为允许线，从而实现对物理条件的精确诊断。
• 利用多种独立的线对比诊断法（包括[S II]、[O II]、[O III]和[Ne III]线）确定电子温度和密度。
• 基于复合线（RLs）计算He⁺、C⁺⁺、O⁺和O⁺⁺的离子丰度，这些丰度对温度结构的敏感性低于CELs。
• 基于碰撞激发线（CELs）计算广泛元素的离子丰度，采用一致且现代的原子数据和电离校正因子（ICFs）方案。
• 通过将观测强度与连续谱荧光模型预测值比较，评估M8中氘巴耳末线（Dα至Dε）的激发机制。

实验结果

研究问题

• RQ1 基于高分辨率VLT UVES数据，M8和M17中最准确的离子及总元素丰度是多少？
• RQ2 在M8和M17中，复合线（RLs）与碰撞激发线（CELs）测得的丰度在多大程度上一致？这对丰度差异问题有何启示？
• RQ3 M8和M17中的温度涨落参数（$t^2$）水平如何？从不同独立诊断方法获得的值是否一致？
• RQ4 M8和M17中可检测到氘的巴耳末发射线吗？连续谱荧光是否是这些线的可行激发机制？
• RQ5 当使用与本研究相同的原子数据和ICF方案时，本研究得出的丰度与以往测定结果相比如何？

主要发现

• 本研究在M8中检测到氘的巴耳末发射线（最高至Dε），其强度与连续谱荧光作为主要激发机制一致。
• M8中的温度涨落参数$t^2$为$0.040 \pm 0.004$，M17中为$0.033 \pm 0.005$，多个独立诊断方法结果高度一致。
• 当使用相同的原子数据和ICF方案重新计算时，M8和M17中C⁺⁺和O⁺⁺的RLs离子丰度与以往研究结果高度一致。
• M8和M17的总元素丰度结果稳健且已确立，以往研究间的差异主要归因于原子数据和ICF方案的差异，而非测量误差。
• CEL与RLs测得的丰度差异问题依然存在，但现已被更好约束，$t^2$值支持温度涨落模型是关键贡献因素。
• 使用本研究相同的原子数据和ICF方案重新计算以往的丰度测定结果，可将差异缩小至约0.1 dex以内，证实了当前结果的可靠性。