[论文解读] The origin of the ionization of the diffuse interstellar medium in spiral galaxies. II. Modelling the distribution of ionizing radiation in NGC 157

A. Zurita, J. E. Beckman+2 more|ArXiv.org|Aug 8, 2001

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 32被引用 41

一句话总结

本研究通过检验电离光子从H ii区逃逸是否能解释观测到的Hα发射，来模拟NGC 157中弥散电离气体（DIG）的起源。利用H ii区星表和H i面密度图，模型显示：低光度H ii区采用恒定逃逸率，而高光度H ii区采用递增逃逸率，最能复现观测到的DIG分布，支持H ii区作为主要电离源的假设。

ABSTRACT

In this paper we make a quantitative study of the hypothesis that the diffuse H-alpha emitted from the discs of spiral galaxies owes its origin to the ionizing photons escaping from HII regions. We use the H-alpha measurements of the complete set of HII regions in the spiral NGC 157, for which an HI density map was available, to derive a family of models which predict the ionizing photon distribution in the disc of this galaxy. The predicted diffuse H-alpha surface brightness distributions from our models were compared with the observed distributions showing that, in general terms, the hypothesis of density bounding for the HII regions allows us to predict well the spatial distribution of the diffuse ionized gas. In the model yielding the best fit to the data, the regions of lower luminosity lose a constant fraction of their ionizing flux to their surroundings, while for HII region luminosities above a specific transition value the ionizing escape fraction is a rising function of the Ha luminosity.

研究动机与目标

• 检验电离光子从螺旋星系中的H ii区逃逸是否为弥散电离气体（DIG）电离的主要来源的假设。
• 量化NGC 157中H ii区电离辐射的空间分布及其在弥散星际介质中的传输特性。
• 评估基于H ii区逃逸电离通量的模型是否能复现观测到的DIG Hα面亮度。
• 利用Hα和H i图的观测约束，确定电离光子逃逸率与H ii区光度的依赖关系。
• 将竞争性模型（包括恒定逃逸率模型和仅最亮区域逃逸的模型）与观测到的DIG形态进行对比评估。

提出的方法

• 利用Hα光度和空间分布数据，构建了NGC 157中H ii区的星表，探测下限达到低光度水平。
• 基于其观测到的Hα光度和假设的逃逸率，参数化每个H ii区的电离辐射逃逸通量。
• 使用测量得到的H i面密度图，模拟电离光子在传播通过弥散ISM过程中的衰减。
• 应用下转换模型，将电离光子通量转换为Hα发射率，考虑了复合过程和碰撞激发。
• 从模型生成合成的Hα面亮度图，并通过残差分析和直方图比较，与观测图进行对比。
• 通过残差图的视觉检查以及对具有不同逃逸率和消光参数的模型进行统计区分，评估模型质量。

实验结果

研究问题

• RQ1 NGC 157中观测到的弥散Hα发射空间分布能否由H ii区逃逸的电离光子复现？
• RQ2 NGC 157中H ii区的电离光子逃逸率与Hα光度之间存在何种依赖关系？
• RQ3 H ii区中密度限制（density bounding）的假设是否能为观测到的DIG形态提供合理解释？
• RQ4 恒定逃逸率模型与光度依赖逃逸率模型中，哪一种更符合数据？
• RQ5 仅由H ii区逃逸是否足以解释DIG的总Hα光度，还是需要额外的电离源？

主要发现

• 假设H ii区电离光子逃逸率恒定的模型，与NGC 157中弥散电离气体的观测Hα面亮度分布高度一致。
• 为匹配DIG的总积分Hα光度，需采用恒定70%的逃逸率，但该值在物理上不可行。
• 最佳拟合模型显示：低光度H ii区的逃逸率为恒定20%，而Hα光度超过临界值LStr的区域则呈现递增的逃逸率。
• Hα光度低于LStr的区域对DIG电离仍有显著贡献，表明即使低光度H ii区也必须存在电离光子泄漏。
• 仅假设最亮H ii区发生逃逸的模型无法复现北部旋臂中低光度区域主导区域的观测DIG发射。
• 结果强烈支持H ii区是NGC 157中弥散电离气体主要且可能占主导地位的电离源的假设。