[论文解读] The Milky Way halo as a QSO absorption-line system. New results from an HST/STIS absorption-line catalogue of Galactic high-velocity clouds

Peter Herenz, P. Richter+2 more|arXiv (Cornell University)|Jan 7, 2013

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 79被引用 13

一句话总结

本研究利用哈勃空间望远镜/STIS紫外吸收线数据，分析了银河系晕中作为沿47条类星体视线的中间吸收体的高速云（HVCs）。研究发现，若从外部观测，HVCs对银河系强Mg ii吸收截面的贡献约为52%，表明HVCs是本地宇宙中强Mg ii吸收体的次要但不可忽视的来源，而星系中的星风可能主导了观测到的吸收体群体。

ABSTRACT

We use archival UV absorption-line data from HST/STIS to statistically analyse the absorption characteristics of the high-velocity clouds (HVCs) in the Galactic halo towards more than 40 extragalactic background sources. We determine absorption covering fractions of low- and intermediate ions (OI, CII, SiIII, MgII, FeII, SiIII, CIV, and SiIV) in the range fc = 0.20 - 0.70. For detailed analysis we concentrate on SiII absorption components in HVCs, for which we investigate the distribution of column densities, b-values, and radial velocities. Combining information for SiII and MgII, and using a geometrical HVC model we investigate the contribution of HVCs to the absorption cross section of strong MgII absorbers in the local Universe. We estimate that the Galactic HVCs would contribute on average ~52 % to the total strong MgII cross section of the Milky Way, if our Galaxy were to be observed from an exterior vantage point. We further estimate that the mean projected covering fraction of strong MgII absorption in the Milky Way halo and disc from an exterior vantage point is fc(sMgII) = 0.31 for a halo radius of R = 61 kpc. These numbers, together with the observed number density of strong MgII absorbers at low redshift, indicate that the contribution of infalling gas clouds (i.e., HVC analogues) in the halos of Milky Way-type galaxies to the cross section of strong MgII absorbers is <34 %. These findings are in line with the idea that outflowing gas (e.g., produced by galactic winds) in the halos of more actively star-forming galaxies dominate the absorption-cross section of strong MgII absorbers in the local Universe.

研究动机与目标

• 量化银河系高速云（HVCs）对本地宇宙中强Mg ii吸收体吸收截面的贡献。
• 利用紫外光谱评估金属离子（如Si ii、Mg ii、C iv）在HVCs中的统计吸收特性。
• 确定HVCs是否能解释低红移类星体光谱中观测到的强Mg ii吸收体的显著比例。
• 从外部视角建模银河系晕中强Mg ii吸收的覆盖分数。
• 比较吸积HVCs与星风驱动吸收体在塑造观测到的Mg ii吸收函数中的作用。

提出的方法

• 分析47个河外类星体方向的档案HST/STIS紫外光谱，检测银河系HVCs中金属离子的吸收线。
• 使用柱密度阈值计算O i、C ii、Si ii、Mg ii、Fe ii、Si iii、C iv和Si iv等离子的吸收覆盖分数（f_c）。
• 聚焦STIS波段内的Si ii跃迁作为中性及弱电离气体的示踪，其柱密度分布函数拟合为幂律。
• 利用多普勒参数（b值）分析推断HVC组分的非热线宽展宽和动力学结构。
• 对银河系和M31晕系统进行几何建模，估算HVCs对强Mg ii吸收的投影覆盖分数。
• 将HVC数据与Richter（2012）的晕模型结合，计算半径为61 kpc时的平均覆盖分数⟨f_c,sMgII⟩。

实验结果

研究问题

• RQ1 在HST/STIS紫外光谱中，银河系高速云（HVCs）中金属离子的覆盖分数是多少？
• RQ2 HVCs对银河系中强Mg ii吸收体总吸收截面的贡献程度如何？
• RQ3 HVCs中Si ii组分的柱密度与多普勒参数分布如何与21 cm巡天中H i的分布相比较？
• RQ4 若从外部观测银河系，HVCs能解释本地宇宙中强Mg ii吸收体的多大比例？
• RQ5 观测到的强Mg ii吸收体群体主要由吸积HVCs还是星系中的星风驱动？

主要发现

• 对于log N(Si ii) ≥ 12.25的HVCs，Si ii的吸收覆盖分数为fc(Si ii) = 0.67，显著高于log N(H i) ≥ 17.8时的H i填充因子。
• 约70%的高速Si ii吸收出现在负径向速度处，表明中性及弱电离气体存在净吸积。
• HVCs中Si ii组分的柱密度分布不能很好地用单一斜率幂律描述，但拟合得到的斜率为β = 1.34 ± 0.12，比H i的幂律斜率~1.5更平缓。
• 从内部视角观测，银河系晕中强Mg ii吸收（W2796 > 0.3 Å）的覆盖分数为fc,sMgII,halo,i = 0.34 ± 0.09。
• 当从外部建模时，HVCs对银河系总强Mg ii吸收截面的贡献估计为52%。
• 对于61 kpc的晕半径，银河系晕和盘中强Mg ii吸收的平均投影覆盖分数为⟨fc,sMgII⟩ = 0.31，意味着HVCs对z=0时强Mg II吸收体数密度的贡献小于34%。