Caracterização do gás difuso ionizado extraplanar em galáxias espirais

Abstract

O gás, componente essencial do meio interestelar de uma galáxia, pode ser encontrado em diferentes densidades e temperaturas, além de ser ionizado por diversas fontes. O estudo de regiões cujo gás morno apresenta menor densidade, chamadas de gás difuso ionizado (DIG), é relativamente recente, não apresentando um consenso na literatura sobre as suas principais fontes ionizantes. Considerou-se desde sua descoberta que o principal mecanismo responsável por ionizá-lo consiste no escape de fótons energéticos emitidos por estrelas jovens, imersas nas regiões H ii presentes no plano da galáxia. No entanto, estudos indicam que apenas isso não seria o suficiente para explicar a ionização observada no DIG localizado fora do plano, sendo este o objetivo deste estudo. Sob a proposta de que as fontes responsáveis por ionizar o DIG extraplanar consistem no escape de fótons advindos de regiões de formação estelar presentes no plano galáctico e estrelas quentes evoluídas de baixa massa (HOLMES, do inglês HOt Low-Mass Evolved Stars) localizadas fora dele, utilizamos dados de espectroscopia de campo integral de oito galáxias espirais próximas vistas de lado, observadas com o instrumento Multi-Unit Spectroscopic Explorer, no Very Large Telescope (MUSE/VLT). Também utilizamos modelos de fotoionização a fim de comparar com os resultados observacionais, e assim melhor compreender a contribuição das possíveis fontes ionizantes aqui consideradas. Detectamos que a largura equivalente de Ha apresenta valores maiores no plano e decai com o aumento da altura, sem atingir valores inferiores a 3 Å. Razões de linhas de emissão [N ii]/Ha e [S ii]??6716, 6731/Ha apresentaram comportamento crescente com relação ao módulo da distância ao plano, assim como observado para outras galáxias na literatura. Tal comportamento pode indicar um parâmetro de ionização mais baixo ou, se combinado ao aumento de [O iii]/Ha, a necessidade de uma fonte ionizante mais dura para o DIG extraplanar. Também detectamos uma maior presença de gás neutro conforme aumenta a distância ao plano através das medidas de [O i]/Ha. Com relação aos modelos de fotoionização, destacamos que as medidas observacionais das razões de linhas [S ii]??6716, 6731/Ha e [O i]/Ha foram, dentre os parâmetros analisados, os melhores reproduzidos pelos modelos. No entanto, em decorrência da seleção dos modelos ter sido baseada apenas em duas das razões de linhas de emissão, é necessário aprimorar nossa análise para quantificar com mais precisão a contribuição de cada fonte ionizante aqui considerada.

Abstract: Gas, an essential component of the interstellar medium of a galaxy, can be found in different densities and temperatures, and can be ionized by various sources. The study of regions where warm gas has a lower density, called diffuse ionized gas (DIG), is relatively recent and there is no consensus in the literature on its main ionizing sources. Since its discovery, it has been thought that the main mechanism responsible for ionizing it is the escape of energetic photons emitted by young stars immersed in the H ii regions present in the galactic plane. However, studies indicate that this alone would not be enough to explain the ionization observed in the DIG located outside the plane, which is the aim of this study. Under the hypothesis that the sources responsible for ionizing the extraplanar DIG consist of photons escaping from star-forming regions present in the galactic plane and hot low-mass evolved stars (HOLMES) located outside it, we used integral field spectroscopy data from eight nearby edge-on spiral galaxies, observed with the Multi-Unit Spectroscopic Explorer instrument on the Very Large Telescope (MUSE/VLT). We also compared our observational results to photoionization models, which allow us to gauge the contribution of the possible ionizing sources considered here. We detected that the equivalent width of Ha presents larger values in the plane and decreases with increasing height, without falling below 3 Å. Emission line ratios [N ii]/Ha and [S ii]??6716, 6731/Ha showed increasing behavior with respect to the modulus of the distance to the plane, as observed for other galaxies in the literature. Such behaviour may indicate a lower ionization parameter or, if combined with increase of [O iii]/Ha, the need for a harder ionizing source for the extraplanar DIG. We also detected a greater presence of neutral gas as the distance to the plane increased through the [O i]/Ha measurements. With regard to the photoionization models, we note that the observational measurements of the line ratios [S ii]??6716, 6731/Ha and [O i]/Ha were, among those analyzed, the parameters that was better reproduced by the models. However, due to the model selection being based only on two of the emission line ratios, it is necessary to improve our analysis to more accurately quantify the contribution of each ionizing sources considered here.