[论文解读] The Infrared Continuum Radiation of NGC1808 : A PAH and Polarisation Study

R. Siebenmorgen, E. Krügel+1 more|ArXiv.org|Jul 5, 2001

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 34被引用 24

一句话总结

本研究利用ISO ISOCAM数据，首次绘制了NGC1808的河外中红外偏振图，揭示了在6 μm波长处最高达20%的偏振度，以及在170 μm波长处2.5%的偏振度。作者提出，由大尺度磁场排列的大尺寸尘埃颗粒（≥100 Å）产生了偏振辐射，且包含OB星周围局部热点的辐射转移模型成功解释了中红外连续谱和PAH特征，包括在13 μm以外新发现的平台状特征。

ABSTRACT

The paper is devoted to the understanding of the infrared emission of nuclear regions in galaxies. a) ISO data of NGC1808 are presented: spectro--photometry from 5.1 to 16.4 mic., a 25"x25" map at 6 mic. and 170mic. photometry. b) The data are complemented by a polarization measurement at 170 mic. (2.5+/-0.4% at position angle 94+/-5deg) and a map at 6 mic. In the map, the degree of polarisation goes up to 20% in the outer regions. We argue that the polarisation is produced by emission of big grains and exclude very small grains and PAHs or scattering and extinction. c) The mid infrared spectrum shows, beside the main emission bands, a so far unknown plateau of PAH features in the >13 mic.region. d) The total spectrum can be fit under the assumption of optically thin emission. However, such a model fails to reproduce the 25mic. point and implies that the mid infrared is due to very small grains and PAHs. These particles would then also have to be responsible for the 6 mic. polarisation, which is unlikely. e) To avoid these difficulties, we successfully turn to a radiative transfer model whose major feature is the existence of (hot spots) produced by the dust clouds around OB stars. We demonstrate the decisive influence on the mid infrared spectrum of both the PAHs and the hot spots.

研究动机与目标

• 理解星暴星系NGC1808核区红外连续谱与偏振的起源。
• 通过引入局部加热机制，解决光学薄模型与观测到的25 μm通量之间的矛盾。
• 确定PAH、极小颗粒或大颗粒中哪一种是造成观测到的中红外辐射与偏振的主要原因。
• 研究热点——OB星周围尘埃包层——在塑造中红外谱与偏振中的作用。
• 检验大尺度磁场是否能够使大颗粒对齐，从而在星系核中产生可探测的偏振水平。

提出的方法

• 利用ISO ISOCAM的三个偏振片和重复循环校准，获取NGC1808在6 μm和170 μm波段的偏振成像。
• 从5.1至16.4 μm进行光谱测光，以解析发射谱线并探测新的PAH特征。
• 应用包含局部热点（由中心OB星加热的球形尘埃云）的辐射转移建模，同时考虑星际辐射场和恒星加热。
• 采用自洽模型，使热点并非事后添加，而是嵌入完整的辐射转移计算中。
• 对比有无热点和PAH的模型，以分离其对中红外谱的贡献。
• 评估极小颗粒和PAH对偏振的贡献，基于偏振度和波长依赖性，排除其为主要贡献源。

实验结果

研究问题

• RQ1 NGC1808中观测到的中红外偏振由何引起？是否可归因于大尘埃颗粒的辐射？
• RQ2 为何光学薄模型无法再现25 μm通量点？何种物理机制可解决此矛盾？
• RQ3 PAH是否导致中红外谱中13 μm以外新发现的发射平台状特征？
• RQ4 OB星周围局部热点在中红外连续谱与偏振中贡献程度如何？
• RQ5 大尺度磁场是否能够使大颗粒对齐，从而在星系核中产生观测到的偏振水平？

主要发现

• 6 μm波段的中红外偏振图显示，外区偏振度最高达20%，标志着首次在河外星系中实现此类观测。
• 170 μm波段的远红外偏振度为2.5% ± 0.4%，位置角为94° ± 5°，表明存在大尺度对齐。
• 在13 μm长波方向检测到PAH特征的平台状结构，此特征此前在星系中未见报道，已推导出其积分吸收截面。
• 包含热点的辐射转移模型成功再现了25 μm通量点，而光学薄模型未能做到。
• 热点对中红外连续谱有显著贡献，约50%的6 μm通量源自大颗粒，支持其在偏振中的作用。
• 极小颗粒和PAH对发射与偏振的贡献可忽略不计；大颗粒（≥100 Å）是偏振辐射的主要来源。