the effect of a weak, rotating

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the effect of a weak, rotating

THE DISTRIBUTION OF MASER STARS IN THEINNER MILKY WAY :THE EFFECT OF A WEAK, ROTATING BARH.J.Habing, M.N.Sevenster, M.Messineo, G.van de Ven, and K.KuijkenA&A 458, 151-162(2006)北 海 道 大 学 大 学 院 理 学 院修 士 課 程 1 年 南 原 甫 幸


天 の 川 の 情 報 について○ 棒 渦 巻 き 銀 河 に 属 することが 知 られている。○ 直 径 30 kpc のオーダーのディスクを 持 っていることが 知 られている。○ 銀 河 中 心 と 太 陽 の 距離 は 約 8 kpc であることが 知 られている。天 の 川 想 像 図 :http://www.nasa.gov/images/content/236084main_MilkyWay-full-annotated.jpg 引 用


天 の 川 の 構 造 についての 解 析太 陽 系 は 天 の 川 に 属 するために 構 造 を 外 部 から 見 る 手 法 は取 れない。ここで、 天 体 を 観 測 することで 得 られる 物 理 量から、 銀 河 に 構 造 を 解 析 する 方 法 の 一 例 を 述 べる。1. 観 測 で 得 られる 天 体 の 物 理 量 は、 方 向 と 視 線 方 向 の速 度 の 合 計 三 つの 情 報 である。2.しかし、 銀 河 の 構 造 を 理 解 するためには、 天 体 の3 次 元的 な 位 置 と 速 度 の 合 計 六 つの 情 報 である。3. 得 られる 情 報 量 に 対 して、 知 りたい 情 報 量 が 多 いので、天 体 の 軌 道 を 仮 定 して 解 析 的 に 求 める。


maser 現 象 の 原 理原 子 分 子 のエネルギー 準 位 を 決 定 する 要 素 は 自 発 放射 と 誘 導 放 射 、 衝 突 である。ここで、 地 上 のような 原 子分 子 の 密 度 が 大 きい 場 合 において、 衝 突 が 優 位 となり、エネルギー 準 位 はボルツマン 分 布 に 従 う。しかし、 宇 宙空 間 のような 密 度 が 小 さな 場 合 には、 自 発 放 射 と 誘 導放 射 が 優 位 になり、エネルギー 準 位 がボルツマン 分 布に 従 わないことがある。 特 に 下 のエネルギー 準 位 よりも上 の 方 が 多 く 分 布 することがあり、これを 反 転 分 布 と 呼ぶ。このような 領 域 では 電 波 が 入 射 すると 誘 導 放 射 を連 続 的 に 起 こして、 入 射 した 電 波 強 度 が 増 幅 される。これがmaserと 呼 ばれる 現 象 である。


maserを 観 測 する 利 点Maser 放 射 の 特 徴 の 一 部 を 述 べる。1. 光 源 の 広 がりが 極 めて 小 さいことが 知 られている。→ 天 体 の 位 置 を 決 定 するために 便 利 である。2. 観 測 スペクトルの 線 幅 が 極 めて 小 さいことが 知 られている。→ドップラーシフトから 視 線 速 度 を 求 めるときに 便 利 である。3. 光 源 から 発 した 電 波 の 強 度 が 増 幅 されて 観 測 されることが 知 られている。→ 電 波 強 度 が 強 いために 観 測 されやすい。


サンプルとなるmaserとガス 分 布天 の 川 を 構 成 する 天 体 とガスの 分 布 の 違 いの 評 価 も 行 なう。評 価 するために 利 用 したサンプルは 以 下 である。○ maser 天 体 のサンプルについて、1.OH(1612 MHz)をSevenster et al.(1997, 2001)より 引 用している。 利 用 した 天 体 の 数 は771 個 である。2.SiO(86 GHz)をMessineo et al.(2002)より 引 用 している。利 用 した 天 体 の 数 は363 個 である。○ 分 子 ガスのサンプルについて、CO(115 GHz)をDame et al.(2001)より 引 用 している。


l.o.s. velocity (km/s)-200 0 200l.o.s. velocity (km/s)-200 0 200OHSiO40 20 0 -20 -40Longitude (deg)40 20 0 -20 -40Longitude (deg)横 軸 に 銀 経 、 縦 軸 に 視 線 速 度 を 取 り、 黒 色 はmaserのサンプルである。 左 図 がOH、 右 図 がSiOである。Q1とQ3にそれぞれ 存 在 する 赤 色の 線 は 各 銀 径 に 対 する 視 線 速 度 の 上 限 値 もしくは 下 限 値 になるように 引 いたものである。Q1とQ3にまたがる 線 は 天 体 の 数 が 密 集 している領 域 とそうでない 領 域 の 境 界 である。 負 の 銀 径 では、SiOは 殆 ど 観 測されていないが 上 記 で 述 べた 事 柄 についてはよく 似 ている。


l.o.s. velocity (km/s)-200 0 200l.o.s. velocity (km/s)-200 0 200OHCO40 20 0 -20 -40Longitude (deg)40 20 0 -20 -40Longitude (deg)図 の 見 方 は 前 図 を 参 照 。 左 図 はOHであり、 右 図 はCOである。COについては 密 度 を 黒 色 の 濃 淡 で 表 わしている。これらも 分 布 の 特 徴 を基 準 に 引 いた 線 がよく 似 ている。


ar 構 造 について銀 河 にbarがあることでポテンシャルが 銀 河 中 心 対 称 とならなくなり、 天 体 の 軌 道 を 丌 安 定 になる。これによって、 内 部 の 天 体 は 銀河 中 心 ( 外 側 ) 方 向 に 進 んでいくことが 知 られている。barのポテンシャルについてはBinney & Tremaine(1987)より、を 利 用 し、またBissantz et al.(2003)からを 利 用 している。


y (kpc)-6 -4 -2 0 2 4 6-200 0 200l.o.s. velocity (km/s)bar 構 造 による 軌 道 の 一 例- 天 体 の 軌 道 A- 天 体 の 軌 道 B- 天 体 の 軌 道 C- 天 体 の 軌 道 D-6 -4 -2 0 2 4 6x (kpc)20 0 -20Longitude上 図 は 前 式 から 導 かれた 天 体 の 軌 道 を 表 している。 左 図 が 銀 河 の 構造 をx-y 軸 で 表 しており、 右 図 がそれに 対 応 する 銀 経 と 視 線 速 度 を 表している。 四 つの 線 の 色 が 異 なる 軌 道 は 異 なる 初 期 パラメータにおける 軌 道 である。Benjamin et al.(2005)より、barの 主 軸 から45 度 の 方 向に 太 陽 があるものと 考 えている。


-200 0 200l.o.s. velocity (km/s)-200 0 200l.o.s. velocity (km/s)左 上 図 はOHの 銀 経 - 視 線 速 度 図 であり、 見 方 は 前 を 参 照 。この 図 を 赤 色 の線 を 基 準 にして、 七 つの 領 域 に 分 割する。これにより 分 割 された 領 域 とその番 号 を 右 下 に 示 す。これらを 利 用 して天 体 の 構 造 を 知 る 方 法 を 以 下 に 示 す。40 20 0 -20 -40Longitude1.この 七 つの 領 域 にある 観 測 で 得 た天 体 の 個 数 をそれぞれで 数 える。2.bar 構 造 のポテンシャルを 基 準 に、さまざまな 初 期 値 を 振 った 場 合 の軌 道 を 計 算 する。この 軌 道 が 七 つの 領 域 にどれくらい 滞 在 するのかを求 める。3.1.と2.の 値 が 近 くなるような 値を 見 つける。


得 られた 天 体 の 軌 道 の 初 期 値を 表 にしたものである。 左 から、軌 道 番 号 、xとyの 初 期 位 置 、xとy 軸 方 向 の 初 期 速 度 、 領 域1-7の 滞 在 割 合 、その 割 合 の合 計 、 領 域 以 外 の 割 合 。 滞 在割 合 については 軌 道 の 重 みを加 えているので 注 意 。この 計 算 から 重 みを 加 え44 個の 軌 道 で 表 わされるということが 分 かった。そして、これらは 六つのグループに 分 けられる。 次ページに 各 グループの 一 例 を示 す。 赤 色 の 線 で 囲 われたで一 つの 組 み 合 わせであり、 見方 は 前 を 参 照 。


-1 0 1y (kpc)-0.5 0 0.5y (kpc)y (kpc)-5 0 5-200 0 200l.o.s. velocity (km/s)-200 0 200l.o.s. velocity (km/s)-200 0 200l.o.s. velocity (km/s)-4 -2 0 2 4y (kpc)y (kpc)-5 0 5-0.5 0 0.5y (kpc)-200 0 200l.o.s. velocity (km/s)-200 0 200l.o.s. velocity (km/s)-200 0 200l.o.s. velocity (km/s)xinit=0.50 kpcyinit=0.50 kpcf=0.30f=0.30-1 0 1x (kpc)6 0 -6Longitude-1 0 1x (kpc)6 0 -6Longitude-2 0 2x (kpc)10 0 -10Longitude-4 0 4x (kpc)40 0 -40Longitude-5 0 5x (kpc)40 0 -40Longitude-5 0 5x (kpc)40 0 -40Longitude


-400 -200 0 200 400l.o.s. velocity (km/s)-6 -4 -2 0 2 4 6y (kpc)単 位 :star/kpc 211056248.95.42.640 20 0 -20 -40Longitude選 択 した 軌 道 と 観 測 結 果 (OH):実 線 は 計 算 による 軌 道 を、 赤 い点 は 観 測 で 得 た 天 体 を 表 す。-6 -4 -2 0 2 4 6x (kpc)天 体 のマップ( 解 析 結 果 ):観 測 で 得 た 銀 経 - 視 線 速 度 図 から解 析 的 に 求 めた 銀 河 の 構 造 である。


結 論○ 天 体 とその 形 成 領 域 は 同 じ 特 徴 の 分 布 をとる→ 天 の 川 内 部 のCO 分 子 ガスとmaser 天 体 のl-v 図 の 比 較○barを 含 む 非 対 称 なポテンシャルの 下 で、l-v 図 の 説 明 ができる*ただし、 銀 河 中 心 対 称 が 優 位 とする○ 天 体 が 存 在 しない 領 域 が 存 在 する→ barの 存 在 が 天 体 の 運 動 を 丌 安 定 にするため

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