近邻星系星际介质的多波段研究

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星际介质与恒星形成间的相互关联是驱动星系形成和演化的重要机制。由于星际介质的消光作用对长波的影响很小,所以对红外、(亚)毫米波以及射电观测能够很好示踪星系介质,探究星际介质的物理特性。星系中红外波段的辐射来自于大质量恒星周围尘埃颗粒对紫外光子的吸收再发射。而1.4 GHz的射电连续谱辐射主要来自于超新星遗迹中相对论性电子的同步辐射。两种不同频率、不同机制的辐射都与恒星形成相关,因此该相关关系可以很好地用来研究星系中的恒星形成过程。现有的研究工作大多专注于富金属星系,而贫金属星系的低金属特性与宇宙早期星系的情况相类似,因此对贫金属星系的红外射电相关关系的研究可以帮助我们更好地了解宇宙早期星系的情况。我们利用现有的红外和1.4 GHz射电连续谱的数据建立了一个包含26个金属丰度12+log(O/H)8.1的贫金属星系样本。通过与富金属星系样本的比较。我们发现:1,对于贫金属矮星系而言,它们的qIR值要低于富金属星系,且随着红外波长的增加而展现出更加明显的下降趋势;2,在70、100和160μm波段,qIR随着金属丰度以及IR/FUV(红外/远紫外)的减小而降低;3,在100和160μm波段,qIR随着红外颜色的减小而降低,随远红外颜色(f100μm/f160μm)的变化最为明显。对于这样的结果,我们的解释是贫金属矮星系中低的尘埃与恒星形成率的比值和更热的尘埃温度导致了贫金属矮星系中红外辐射的比例低于富金属星系;同时我们还认为,磁场强度和自由电子热辐射不是导致qIR下降的主要原因。星系的远红外和亚毫米波段的辐射能谱能够很好地示踪其中的尘埃性质,而尘埃直接与恒星的形成和演化相关。最近的研究发现部分矮星系中存在亚毫米超的现象。不同于旋涡星系中热尘埃与冷尘埃的温度(Tw=25-40 K,Tc=10-20 K,Stevens et al.2005)[172],一般认为亚毫米超矮星系中存在着温度极低的尘埃成分,温度T~5-11K(Zhu et al.2009)[208]。受限于观测设备的限制,现有的亚毫米波超星系的样本并不大,只有在几个矮星系中探测到了亚毫米超现象。NGC 6822作为离我们最近的不规则矮星系,Grossi et al.(2010)[59]利用Herschel对其70-500μm的红外波段进行了测量,发现该星系不存在亚毫米超,但是Grossi et al.(2010)[59]的红外波长只延伸到500μm,没有更长波长的探测,因此不能非常明确地验证其是否具有亚毫米超的特性。因此我们利用SCUBA2/JCMT对NGC 6822的450和850μm的红外连续谱进行了成图观测,最终探测到三个恒星形成区的850μm的亚毫米辐射。利用多种尘埃发射率指数的改进型双黑体尘埃模型拟合,我们发现在观测误差范围内NGC 6822并不存在亚毫米超现象。我们又将该星系与其他存在亚毫米超现象的星系进行了比较,发现亚毫米超现象与星系的金属丰度并不相关性。从而表明金属丰度并不是决定星系中尘埃发射率指数的唯一物理量。毫米波段及亚毫米波波段有大量的分子谱线,可以示踪星际空间中分子气体的物理(例如温度、密度和动力学)及化学特性。在近邻星系中进行高灵敏度的毫米波及亚毫米波谱线观测,对于研究其中这些星系中的分子气体性质十分的重要。为此,我们选择了 NGC 1068这个近邻的富气体Seyfert 2星系,利用IRAM 30米望远镜对它的核区气体盘(CND)区域进行了高灵敏度的毫米波分子谱线巡天。我们确认探测到32条激发线,其中15条首次在该星系中被探测到,包括了 CH3CCH、CH3OCH3和HC18O+这样的弱线,同时以前被微弱探测到的分子线也被我们的探测所证实,如HN13C(1-0)。我们还探测到多种的长碳链分子以及激波相关的分子。值得强调的是,CH3OCH3分子为首次在河外星系中被探测到。通过对不同类型的分子的线宽、速度和轮廓的比较我们获得了NGC 1068中分子气体的分布、动力学和分子化学的情况。譬如我们推测13CO、HCO+和H2CO具有共生的化学模型,NGC 1068的CND区域的介质丰度远高于Seyfert星系NGC 1097。该区域有着复杂的激波环境;C2H和c-C3H2主要分布于星爆悬臂区域;CND区域的激波对CH3CN等长碳链分子有增丰作用,而中心强X-ray辐射场依然能够探测到多种的长碳链分子,为更新此类分子气体中的天体化学模型提供了观测基础。
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