Infrared color-color diagram of 10 giant molecular clouds are examined to explore the dust property from the COBE Diffuse Infrared Background Experiment of the 100, 140, and $240{\mu}m$ emission. Four of them, Taurus, Mon OB1, Gem OB1, and Chameleon, show the anti-correlation in $R_{...
Infrared color-color diagram of 10 giant molecular clouds are examined to explore the dust property from the COBE Diffuse Infrared Background Experiment of the 100, 140, and $240{\mu}m$ emission. Four of them, Taurus, Mon OB1, Gem OB1, and Chameleon, show the anti-correlation in $R_{100/140}-R_{140/240}$ plot and the horizontal distribution in $R_{100/240}-R_{140/240}$ plot, which disagree with those of theoretical calculation. These could be explained by the depletion of $100{\mu}m$ and the excess of $140{\mu}m$ emission, though no existing dust model could support them. Mean color temperature of the anti-correlation region appears to be lower than that of the linear region, whose temperatures are 15.3, 17.0 K, respectively. And the linear region shows large dispersion in the plot of intensity relation. Both imply that a star formation would be more active, but not homogeneous, in the linear region compared to the anti-correlation region.
Infrared color-color diagram of 10 giant molecular clouds are examined to explore the dust property from the COBE Diffuse Infrared Background Experiment of the 100, 140, and $240{\mu}m$ emission. Four of them, Taurus, Mon OB1, Gem OB1, and Chameleon, show the anti-correlation in $R_{100/140}-R_{140/240}$ plot and the horizontal distribution in $R_{100/240}-R_{140/240}$ plot, which disagree with those of theoretical calculation. These could be explained by the depletion of $100{\mu}m$ and the excess of $140{\mu}m$ emission, though no existing dust model could support them. Mean color temperature of the anti-correlation region appears to be lower than that of the linear region, whose temperatures are 15.3, 17.0 K, respectively. And the linear region shows large dispersion in the plot of intensity relation. Both imply that a star formation would be more active, but not homogeneous, in the linear region compared to the anti-correlation region.
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문제 정의
본 연구에서는 GS234-02 분자운에서 발견된 DIRBE (Diffuse IR Background Experiment) 색-색도 반비례 관계가 성간 분자운의 일반적 특성인지를 조사해 보고자 한다. 또한 이러한 반비례 관계와 성간 복사장의 세기 또는 성간 분자운의 온도, 즉 티끌의 물리적 특성과의 연관 관계를 밝혀 보고자 한다. 2장에서는 DIRBE 자료의 분석을 수행하였다.
본 연구에서는 GS234-02 분자운에서 발견된 DIRBE (Diffuse IR Background Experiment) 색-색도 반비례 관계가 성간 분자운의 일반적 특성인지를 조사해 보고자 한다. 또한 이러한 반비례 관계와 성간 복사장의 세기 또는 성간 분자운의 온도, 즉 티끌의 물리적 특성과의 연관 관계를 밝혀 보고자 한다.
가설 설정
5. 비례 관계를 갖는 거대 분자운들은 반비례 관계를 갖는 것들에 비하여 상호간에 온도 차이 (그림 3-b) 가 크다. 또한 같은 성운에서도 위치에 따른 온도 차이를 보이고 있어 지역적으로 별 탄생과 같은 열원의 존재 가능성을 암시한다.
제안 방법
각 천체들의 적외선 방출량을 측정하기 위하여 천체가 없는 네 귀퉁이의 평균값으로 0차 배경 보정 (flat background correction)을 수행하였다. 또한 분자운 내부의 열원 (heating source)인 별이나 전리수소 영역에 의한 영향을 최소화하기 위하여 주변에 비하여 특별히 적외선 세기가 강한 지역은 자료에서 제외하였다.
거대 분자운에서 DIRBE 100, 140, 240 μm 사이의 원적외선 색을 이용하여 커다란 티끌의 특성에 대하여 조사하였다. 이 파장 대역은 주변의 성간 복사장과 좋은 열 평형을 이루고 있는 BGs에 의하여 주로 방출되기 때문에 관측된 적외선 스펙트럼을 간단한 티끌 모형을 이용하여 이론적으로 쉽게 재현할 수 있다고 알려져 왔다 그러나 .
Jung, Lee, & Yoon (1997)이 발견한 R100/140 - R140/240 색-색도 상의 반비례 관계는 이러한 이론적 모형의 예측과 어긋나는 것이다. 따라서 반비례 관계의 보편성 및 특성을 찾아보고자 서로 다른 성간 복사장에 놓여 있을 것으로 추정되는 10개의 거대 분자운들의 색-색도를 이론적 계산 결과와 비교하였다. 그 결과를 정리하면 다음과 같다.
성간 분자운에서 원적외선 복사의 일반적 특성을 조사하기 위하여 별 탄생 유무, 성간 복사장 세기 등 서로 다른 환경에 놓여 있는 다양한 분자운을 선택하였으며, DIRBE 의 분해능(42')을 고려하여 표 1과 같은 거대 분자운으로 한정하였다. 적외선 관측 자료는 DIRBE Initial Data Product에서 60, 100, 140, 240 μm 자료를 얻었으며, 천구에서 개개의 자료점이 차지하는 크기는 21'x21'이다.
적외선 색-색도에서 반비례 관계를 갖는 거대 분자운의 일반적 특성을 조사하기 위하여 각 대역 사이의 강도 (intensity)관계를 살펴보았으며, 그림 3에 100, 140, 240μm 사이의 강도-강도 관계를 반비례 관계와 비례 관계를 갖는 2개의 군으로 분류하여 제시하였다.
적외선 색은 단순히 이웃하는 파장의 세기 비 (intensity ratio), Ri/j = Iv (bandi)/Iv (bandj)로 나타내었으며, 각각의 거대 분자운에서 각 픽셀에 대하여 계산하였다. 60 μm 의 경우는 VSGs의 일시적인 가열 (stochastic heating)로 인하여 주변의 복사장과 평형을 이루지 못한 상태에서 방출되는 적외선의 양이 무시할 수 없이 크기 (Sodroski et al.
대상 데이터
)로 나타내었으며, 각각의 거대 분자운에서 각 픽셀에 대하여 계산하였다. 60 μm 의 경우는 VSGs의 일시적인 가열 (stochastic heating)로 인하여 주변의 복사장과 평형을 이루지 못한 상태에서 방출되는 적외선의 양이 무시할 수 없이 크기 (Sodroski et al. 1987, 1989; Desert, Boulanger, & Perot 1990; Bernard et al. 1993) 때문에 여기에서는 사용하지 않았으며 주변의 복사장과 열평형을 잘 이루고 있다고 , 생각되어지는 BGs에서 주로 방출되는 100, 140, 240 μm 자료를 사용하였다.
성간 분자운에서 원적외선 복사의 일반적 특성을 조사하기 위하여 별 탄생 유무, 성간 복사장 세기 등 서로 다른 환경에 놓여 있는 다양한 분자운을 선택하였으며, DIRBE 의 분해능(42')을 고려하여 표 1과 같은 거대 분자운으로 한정하였다. 적외선 관측 자료는 DIRBE Initial Data Product에서 60, 100, 140, 240 μm 자료를 얻었으며, 천구에서 개개의 자료점이 차지하는 크기는 21'x21'이다.
이론/모형
그림 3에서 각 파장 사이의 평균 기울기를 구하고, 원적외선 영역에서 일반적으로 사용되고 있는 티끌의 방출율 법칙 (emissivity law), λ- 2를 사용하여 색온도를 계산하였으며, 그 결과를 표 2에 정리하였다.
또한 분자운 내부의 열원 (heating source)인 별이나 전리수소 영역에 의한 영향을 최소화하기 위하여 주변에 비하여 특별히 적외선 세기가 강한 지역은 자료에서 제외하였다. 분자운의 경계 (outer boundary)는 CO 가 관측되는 영역으로 제한하였으며, 이는 Dame, Hartmann, & Thaddeus (2001)의 Columbia Map 에 기초하였다. 선정된 천체 및 영역을 표 1에 정리하였다.
성능/효과
1. 10 개의 거대 분자운 중에서 6개의 천체는 원적외선 색-색도에서 비례 관계를 갖는 이론적 모형과 비교적 좋은 일치를 보였으나, Taurus, Mon OB1, Gem OB1, Chameleon 4 등 개의 천체는 R100/140 - R140/240, R100/240 - R140/240 색-색도에서 각각 반비례 관계 수평분포를 보이며 ,이론적 계산 결과와 다르게 나타났다.
2. 반비례 관계나 수평분포는 100 μm 복사량 결핍이나 140 μm 복사량 초과로 설명할 수 있다. 그러나 현재까지 연구된 티끌모형은 100과 대역에서의 흡수 140 μm 계수에 특이성을 보여주지 않는다.
3. 이론적 계산에서 티끌의 온도 변화에 따른 R100/140의 변화가 매우 적어 이 값을 이용한 물리량의 변환에는 주의가 필요하다.
4. 비례 관계와 반비례 관계를 갖는 거대 분자운 티끌의 색온도(T140/240) 평균은 각각 17.0, 15.3 K로, 반비례 관계를 갖는 영역의 온도가 약 1.7 K 낮다 .
비례 영역과 반비례 영역의 색온도, T140/240는 각각 17.0, 15.3 K 1.7 K 로 비례영역이 약 높게 나타났다. Boulanger et al.
8 K로 계산하였다. 이 결과는 본 연구에서 유도한 비례 영역과 반비례 영역의 티끌 온도와 각각 오차 범위에서 좋은 일치를 보인다. 한편 반비례 영역에서의 T100/140은 14.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
천체들의 적외선 방출량을 측정하기 위해 사용한 방법은 무엇인가?
각 천체들의 적외선 방출량을 측정하기 위하여 천체가 없는 네 귀퉁이의 평균값으로 0차 배경 보정 (flat background correction)을 수행하였다. 또한 분자운 내부의 열원 (heating source)인 별이나 전리수소 영역에 의한 영향을 최소화하기 위하여 주변에 비하여 특별히 적외선 세기가 강한 지역은 자료에서 제외하였다. 분자운의 경계 (outer boundary)는 CO 가 관측되는 영역으로 제한하였으며, 이는 Dame, Hartmann, & Thaddeus (2001)의 Columbia Map 에 기초하였다.
관측되는 소광 곡선이나 적외선 스펙트럼을 설명하기 위해서 존재하여야 하는 것은 무엇인가?
Desert, Boulanger, & Puget (1990)는 관측되는 소광 곡선이나 적외선 스펙트럼을 설명하기 위하여는 PAHs (Polycyclic Aromatic Hydrocarbon molecules), VSGs (Very Small Grains) BGs (Big Grains)와 등 최소 3가지 형태의 티끌이 존재하여야 한다고 제안하였다. 이들 중 PAHs와 VSGs UV 같은 작은 입자들은 나 가시광선 광자를 흡수하면 일시적으로 높은 온도까지 가열되기 때문에 열평형에서 예측되는 것보다 더 많은 양의 적외선을 방출한다.
원적외선에서의 색이 성간 복사장 또는 성운을 대표하는 온도로 사용된 까닭은 무엇인가?
이들 중 PAHs와 VSGs UV 같은 작은 입자들은 나 가시광선 광자를 흡수하면 일시적으로 높은 온도까지 가열되기 때문에 열평형에서 예측되는 것보다 더 많은 양의 적외선을 방출한다. 하지만 반경이 보다 25 nm 큰 BGs은 성간 복사장 (Interstellar Radiation Field: ISRF)과 좋은 열평형을 이루고 있다고 알려져 있으며 (Desert, Boulanger, & Puget, 1990), Sodroski et al. (1994)도 원적외선에서 측정된 티끌 온도는 이론적 계산이나 전파 관측에서 얻어진 결과와 좋은 일치를 보인다고 하였다. 따라서 지금까지는 원적외선에서의 색 (color) 은 곧 성간 복사장 또는 성운을 대표하는 온도로 사용되어 왔다.
참고문헌 (15)
Bernard, J. P., Boulanger, F., Desert, F. X., Puget, J. L., 1992, Modelling of IR emission of interstellar clouds. I - Emission of isolated clouds and dust abundance variations, A&A 263, 258
Bernard,J. P., Boulanger, F., Puget, J. L., 1993, Modeling of Infrared Emission of Interstellar Clouds - Part Two - Self-Consistent Models of Individual Nearby Clouds, A&A 277, 609
Boulanger, F., Falgarone, E., Puget, J. L., Helou, G., 1990, Variations in the abundance of transiently heated particles within nearby molecular clouds, ApJ, 364 136
Boulanger, F., Abergel, A., Bernard, J. P., Burton, W. B., Desert, F. X., Hartman, Dap, Lagache, G., Puget, J. L., 1996, The dust/gas correlation at high Galactic latitude, A&A 312, 256
Dame, T. M. Hartmann, Dap, Thaddeus, P., 2001, The Milky Way in Molecular Clouds: A New Complete CO Survey, ApJ, 547, 792
Pollack, J. B., Mckay, C. P., Christofferson, B. M., 1985, A calculation of the Rosseland mean opacity of dust grains in primordial solar system nebulae, Icarus, 64, 471
Sodroski, T. J., Dwek, E., Hauser, M. G., Kerr, F. J., 1987, The large scale gas and dust distribution in the galaxy: Implications for star formation, ApJ, 322, 101
Sodroski, T. J., Dwek, E., Hauser, M. G., Kerr, F. J., 1989, Dust energetics in the gas phases of the interstellar medium - The origin of the Galactic large-scale far-infrared emission observed by IRAS, ApJ, 336, 792
Sodroski, T. J., Bennett, C., Boggess, N., Dwek, E., Franz, B. A., Hauser, M. G., Kelsall, T., Moseley, S. H., Odegard, N., Silverberg, R. F., Weiland, J. L., 1994, Large-scale characteristics of interstellar dust from COBE DIRBE observations, ApJ, 428, 638
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