SDSS-IV MaNGA: Ionization Sources of the Extra-planar Diffuse Ionized Gas

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

We investigate the ionization sources of the diffuse gas at various galactic heights in galaxies with various stellar masses, H
 luminosities, and specific star formation rates. For this purpose, we use the SDSS-IV MaNGA DR16 data and the theoretical models of photoionization and shock ionization from the Mexican Million Models database (3MdB). Our final sample contains 239 edge-on galaxies, which makes the results statistically significant and allows even great galactic heights to be investigated using the spectra stacking procedure. Using diagnostic diagrams, we show that for galaxies of all the types being investigated the behavior of the diffuse ionized gas is adequately described by the models of photoionization by young OB stars and hot low-mass evolved stars. However, in galaxies with high stellar masses or passive star formation shocks can also contribute to the ionization. For galaxies of all the types being investigated we find that the flux from OB stars and the ionization parameter decrease with height, while the relative contribution of hot low-mass evolved stars to the ionization increases. The greatest difference of the contributions from these sources to the gas ionization is observed between galaxies with different specific star formation rates and different stellar masses: hot low-mass evolved stars are the main source of gas ionization in galaxies with passive star formation (and with high stellar masses), whereas in galaxies with active star formation (and with lower stellar masses) OB stars are a decisive factor of the diffuse gas ionization.

About the authors

V. K. Postnikova

Sternberg Astronomical Institute, Moscow State University; Faculty of Physics, Moscow State University

Email: vraeranaz@gmail.com
119234, Moscow, Russia; 119991, Moscow, Russia

D. V. Bizyaev

Sternberg Astronomical Institute, Moscow State University; Apache Point Observatory, New Mexico State University

Author for correspondence.
Email: vraeranaz@gmail.com
119234, Moscow, Russia; 88349, New Mexico, USA

References

  1. Алари, Мориссет (A. Alarie and C. Morisset), Revista Mexicana de Astronomía y Astrofísica 55, 377 (2019).
  2. Аллен и др. (M.G. Allen, B.A. Groves, M.A. Dopita, R.S. Sutherland, and L.J. Kewley), Astrophys. J. Suppl. Ser. 178, 20 (2008).
  3. Ахумада и др. (R. Ahumada, C. Allende Prieto, A. Almeida, F. Anders, S.F. Anderson, B.H. Andrews, B. Anguiano, R. Arcodia, et al.), Astrophys. J. Suppl. Ser. 249, 3 (2020).
  4. Банди и др. (K. Bundy, M.A. Bershady, D.R. Law, R. Yan, N. Drory, N. MacDonald, D.A. Wake, B. Cherinka, et al.), Astrophys. J. 798, 7 (2015).
  5. Бельфиоре и др. (F. Belfiore, R. Maiolino, C. Maraston, E. Emsellem, M.A. Bershady, K.L. Masters, R. Yan, D. Bizyaev, et al.), MNRAS 461, 3111 (2016).
  6. Бизяев, Кайсин (D. Bizyaev and S. Kajsin), Astrophys. J. 613, 886 (2004).
  7. Бизяев и др. (D.V. Bizyaev, S.J. Kautsch, A.V. Mosenkov, V.P. Reshetnikov, N.Ya. Sotnikova, N.V. Yablokova, and R.W. Hillyer), Astrophys. J. 787, 24 (2014).
  8. Бизяев и др. (D. Bizyaev, R.A.M. Walterbos, P. Yoachim, R.A. Riffel, J.G. Fernández-Trincado, K. Pan, A.M. Diamond-Stanic, A. Jones, et al.), Astrophys. J. 839, 87 (2017).
  9. Бизяев и др. (D. Bizyaev, R.A.M. Walterbos,Y.-M. Chen, N. Drory, R.R. Lane, J.R. Brownstein, and R.A. Riffel), MNRAS 515, 1598 (2022).
  10. Бинетт и др. (L. Binette, M.A. Dopita, and I.R. Tuohy), Astrophys. J. 297, 476 (1985).
  11. Блантон и др. (M.R. Blanton, M.A. Bershady, B. Abolfathi, F.D. Albareti, C. Allende Prieto, A. Almeida, J. Alonso-García, F. Anders, et al.), Astron. J. 154, 28 (2017).
  12. Болдуин и др. (J.A. Baldwin, M.M. Phillips, and R. Terlevich), Publ. Astron. Soc. Pacific 93, 5 (1981).
  13. Вейю, Остерброк (S. Veilleux and D.E. Osterbrock), Astrophys. J. Suppl. Ser. 63, 295 (1987).
  14. Ганн и др. (J.E. Gunn, W.A. Siegmund, E.J. Mannery, R.E. Owen, C.L. Hull, R.F. Leger, L.N. Carey, G.R. Knapp, et al.), Astron. J. 131, 2332 (2006).
  15. Деттмар (R.-J. Dettmar), Astron. Astrophys. 232, L15 (1990).
  16. Джонс и др. (A. Jones, G. Kauffmann, R. D’Souza, D. Bizyaev, D. Law, L. Haffner, Y. Bahé, B. Andrews, et al.), Astron. Astrophys. 599, A141 (2017).
  17. Допита и др. (M.A. Dopita, L.J. Kewley, C.A. Heisler, and R.S. Sutherland), Astrophys. J. 542, 224 (2000).
  18. Допита и др. (M.A. Dopita, L.J. Kewley, R.S. Sutherland C.A. Heisler, and D.C. Nicholls), Astrophys. Space Sci. 361, 61 (2016).
  19. Дрори и др. (N. Drory, N. MacDonald, M.A. Bershady, K. Bundy, J. Gunn, D.R. Law, M. Smith, R. Stoll, et al.), Astron. J. 149, 77 (2015).
  20. Жанг и др. (K. Zhang, R. Yan, K. Bundy, M. Bershady, L.M. Haffner, R. Walterbos, R. Maiolino, et al.), MNRAS 466, 3217 (2017).
  21. Йорк и др. (D.G. York, J. Adelman, J.E. Anderson, S.F. Anderson, J. Annis, N.A. Bahcall, J.A. Bakken, R. Barkhouser, et al.), Astron. J. 120, 1579 (2000).
  22. Каппеллари (M. Cappellari), MNRAS 466, 798 (2017).
  23. Каппеллари, Эмселлем (M. Cappellari and E. Emsellem), Publ. Astron. Soc. Pacific 116, 138 (2004).
  24. Караченцев и др. (I.D. Karachentsev, D.I. Makarov, and E.I. Kaisina), Astron. J. 145, 101 (2013).
  25. Кауффманн и др. (G. Kauffmann, T.M. Heckman, C. Tremonti, J. Brinchmann, S. Charlot, S.D.M. White, S.E. Ridgway, J. Brinkmann, et al.), MNRAS 346, 1055 (2003).
  26. Кенникутт, Эванс (R.C. Kennicutt and N.J. Evans), Ann. Rev. Astron. Astrophys. 50, 531 (2012).
  27. Коллинз, Рэнд (J.A. Collins and R.J. Rand), Gas and Galaxy Evolution, Astron. Soc. Pacific Conf. Proceed. 240 (Ed. J.E. Hibbard, M. Rupen, and J.H. van Gorkom, San Francisco: Astron. Soc. Pacific, 2001), p. 392.
  28. Курти и др. (M. Curti, G. Cresci, F. Mannucci, A. Marconi, R. Maiolino, and S. Esposito), MNRAS 465, 1384 (2017).
  29. Кьюли и др. (L.J. Kewley, M.A. Dopita, R.S. Sutherland, C.A. Heisler, and J. Trevena), Astrophys. J. 556, 121 (2001).
  30. Кьюли и др. (L.J. Kewley, B. Groves, G. Kauffmann, and T. Heckman), MNRAS 372, 961 (2006).
  31. Ласерда и др. (E.A.D. Lacerda, R. Cid Fernandes, G.S. Couto, G. Stasińska, R. García-Benito, N. Vale Asari, E. Pérez, R.M. González Delgado, et al.), MNRAS 474, 3727 (2018).
  32. Леви и др. (R.C. Levy, A.D. Bolatto, S.F. Sánchez, L. Blitz, D. Colombo, V. Kalinova, C. López-Cobá, E.C. Ostriker, et al.), Astrophys. J. 882, 84 (2019).
  33. Ликия, Ньюман (T.C. Licquia and J.A. Newman), Astrophys. J. 806, 96 (2015).
  34. Лоу и др. (D.R. Law, R. Yan, M.A. Bershady, K. Bundy, B. Cherinka, N. Drory, N. MacDonald, J.R. Sánchez-Gallego, et al.), Astron. J. 150, 19 (2015).
  35. Лоу и др. (D.R. Law, B. Cherinka, R. Yan, B.H. Andrews, M.A. Bershady, D. Bizyaev, G.A. Blanc, M.R. Blanton, et al.), Astron. J. 152, 83 (2016).
  36. Лоу и др. (D.R. Law, X. Ji, F. Belfiore, M.A. Bershady, M. Cappellari, K.B. Westfall, R. Yan, D. Bizyaev, et al.), Astrophys. J. 915, 35 (2021).
  37. Макмиллан (P.J. McMillan), MNRAS 465, 76 (2017).
  38. Мараско и др. (A. Marasco, F. Fraternali, and G. Heald), Astron. Astrophys. 631, 50 (2019).
  39. Мастерс и др. (D. Masters, A. Faisst, and P. Capak), Astrophys. J. 828, 18 (2016).
  40. Мёрфи и др. (E.J. Murphy, J.J. Condon, E. Schinnerer, R.C. Kennicutt, D. Calzetti, L. Armus, G. Helou, J.L. Turner, et al.), Astrophys. J. 737, 67 (2011).
  41. Моисеев и др. (A.V. Moiseev, K.I. Smirnova, A.A. Smirnova, and V.P. Reshetnikov) MNRAS 418, 244 (2011).
  42. Мориссет и др. (C. Morisset, G. Delgado-Inglada, and N. Flores-Fajardo), Revista Mexicana de Astronomía y Astrofísica 51, 103 (2015).
  43. Мосенков и др. (A.V. Mosenkov, N.Ya. Sotnikova, V.P. Reshetnikov, D.V. Bizyaev, and S.J. Kautsch), MNRAS 451, 2376 (2015).
  44. Перес-Монтеро, Контини (E. Pérez-Montero and T. Contini), MNRAS 398, 949 (2009).
  45. Рейнольдс и др. (R.J. Reynolds, F. Scherb, and F.L. Roesler), Astrophys. J. 185, 869 (1973).
  46. Рейнольдс (R.J. Reynolds), The Interstellar Disk-Halo Connection in Galaxies, IAU Symp. 144 (Ed. H. Bloemen, Dordrecht: Kluwer Acad. Publ., 1991), p. 67.
  47. Робитай, Уитни (T.P. Robitaille and B.A. Whitney), Astrophys. J. 710, L11 (2010).
  48. Рэнд (R.J. Rand), Astrophys. J. 537, L13 (2000).
  49. Рэнд и др. (R.J. Rand, S.R. Kulkarni, and J.J. Hester), Astrophys. J. 352, L1 (1990).
  50. Сазерлэнд и др. (R. Sutherland, M. Dopita, L. Binette, and B. Groves), ‘‘MAPPINGS V: Astrophysical plasma modeling code’’, Astrophysics Source Code Library ascl:1807.005 (2018).
  51. Свотерс и др. (R.A. Swaters, R. Sancisi, and J.M. van der Hulst), Astrophys. J. 491, 140 (1997).
  52. Славин и др. (J.D. Slavin, J.M. Shull, and M.C. Begelman) Astrophys. J. 407, 83 (1993).
  53. Сми и др. (S.A. Smee, J.E. Gunn, A. Uomoto, N. Roe, D. Schlegel, C.M. Rockosi, M.A. Carr, F. Leger, et al.), Astron. J. 146, 32 (2013).
  54. Тремонти и др. (C.A. Tremonti, T.M. Heckman, G. Kauffmann, J. Brinchmann, S. Charlot, S.D.M. White, M. Seibert, E.W. Peng, et al.), Astrophys. J. 613, 898 (2004).
  55. Уэйк и др. (D.A. Wake, K. Bundy, A.M. Diamond-Stanic, R. Yan, M.R. Blanton, M.A. Bershady, J.R. Sánchez-Gallego, N. Drory, et al.), Astron. J. 154, 86 (2017).
  56. Уэстфолл и др. (K.B. Westfall, M. Cappellari, M.A. Bershady, K. Bundy, F. Belfiore, X. Ji, D.R. Law, A. Schaefer, et al.), Astron. J. 158, 231 (2019).
  57. Ферланд и др. (G.J. Ferland, K.T. Korista, D.A. Verner, J.W. Ferguson, J.B. Kingdon, and E.M. Verner), Publ. Astron. Soc. Pacific 110, 761 (1998).
  58. Ферланд и др. (G.J. Ferland, R.L. Porter, P.A.M. van Hoof, R.J.R. Williams, N.P. Abel, M.L. Lykins, G. Shaw, W.J. Henney, and P.C. Stancil), Revista Mexicana de Astronomía y Astrofísica 49, 137 (2013).
  59. Флорес-Фахардо и др. (N. Flores-Fajardo, C. Morisset, G. Stasińska, and L. Binette), MNRAS 415, 2182 (2011).
  60. Хао и др. (C.-N. Hao, R.C. Kennicutt, B.D. Johnson, D. Calzetti, D.A. Dale, and J. Moustakas), Astrophys. J. 741, 124 (2011).
  61. Хаффнер и др. (L.M. Haffner, R.-J. Dettmar, J.E. Beckman, K. Wood, J.D. Slavin, C. Giammanco, G.J. Madsen, A. Zurita, and R.J. Reynolds), Rev. Modern Phys. 81, 969 (2009).
  62. Хойл, Эллис (F. Hoyle and G.R. Ellis), Aust. J. Phys. 16, 1 (1963).
  63. Шоу, Гилмор (M.A. Shaw and G. Gilmore), MNRAS 237, 903 (1989).
  64. Эндрюс, Мартини (B.H. Andrews and P. Martini), Astrophys. J. 765, 140 (2013).
  65. Ян и др. (R. Yan, K. Bundy, D.R. Law, M.A. Bershady, B. Andrews, B. Cherinka, A.M. Diamond-Stanic, N. Drory, et al.), Astron. J. 152, 197 (2016).
  66. Ян и др. (R. Yan, C. Tremonti, M.A. Bershady, D.R. Law, D.J. Schlegel, K. Bundy, N. Drory, N. MacDonald, et al.), Astron. J. 151, 8 (2016).

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2023 Pleiades Publishing, Ltd.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».