Interstellar medium (ISM) is one of the important components of the universe, because it is part of the recycling process in the Galactic evolution. A wealth of information regarding the physical and chemical states of (ISM) can be obtained through the observations in the far-ultraviolet (FUV) wavelengths (900-1750 Å). FUV observations are also useful in the study of H II regions around bright stars, with emission lines in the spectral range associated with highly ionized gas. In this thesis, studies are focused on the two H II regions, the Spica and the $\zeta$-Ophiuchi nebulae, which are located in the northern Galactic latitudes, based on the observations made by the FUV Imaging Spectrograph (FIMS). The first FUV spectral images of these two prominent H II regions are ever made in this study, which show notable features of the H II regions as well as their interactions with the surrounding media. The FUV images are compared with those observed in other wavelengths, including the radio and the infrared maps. Based on these multi-wavelength observations and through numerical simulations, physical properties of the H II regions and nearby regions are obtained.
The Spica ($\alpha$ Vir) is a spectroscopic binary system and is at a distance of ∼80 pc from the Sun. A broad region around $\alpha$ Vir (Spica) is studied in this work including the interaction zone of Loop I and the Local Bubble. The whole region is optically thin and a general correlation is seen between the FUV continuum intensity and the dust extinction, except in the neighborhood of the bright central star, indicating the dust scattering nature of the FUV continuum. Monte Carlo radiative transfer simulation is performed to obtain the optical parameters related to the dust scattering as well as the geometrical structure of the dust clouds. The diffuse FUV continuum in the northern regions above Spica is found to be mostly the result of scattering of the starlight from Spica, while that in the southern region is mainly from the background stars. It is found that C IV emission arises mostly at the shell boundaries of the two bubbles, with a larger portion likely from the Loop I than from the Local Bubble side, whereas the Si II* line is from the photoionized Spica nebula.
The second target $\zeta$ Ophiuchi (HD 149757) is one of the bright massive stars in the northern hemisphere and has been extensively studied because of its peculiar nature as a runaway star. While the whole region is optically thick according to the dust extinction map, correlation between the FUV continuum intensity and the dust extinction is seen in various regions, indicating that part of dust seen in the map should be regarded as a background behind the H II region. A clear P Cygni profile is seen in the regions around the star, which is believed to be a result of dust scattering of the photons of stellar origin. The FIMS spectrum also shows molecular hydrogen fluorescence features, which are especially enhanced at the outer boundaries of the H II region.(PDRstar.) The H II region is modeled with a three-dimensional photoionization code and the absorption features seen in the Hα map are discussed in relation with the dust extinction levels. The geometrical structures of dust clouds are also modeled through dust scattering simulations which are compared with observations.
우리 은하나 별 주변에 분포하는 gas나 dust등의 물질들을 총칭하여 성간 물질이라 부르며, 이러한 성간 물질은 은하와 별의 생성과 진화에 결정적인 역할을 한다. 넓은 온도와 밀도의 범위를 지니고 있는 것이 특징이며, 그에 대한 특성을 연구하는데 중요한 파장 중에 하나는 원자외선 영역으로 약 1000-2000 Å 해당한다. 원자외선 관측을 통하여 우리는 은하의 특성이나 진화과정, cloud들의 물리적 특성을 파악할 수 있게 된다. 또한 dust의 분포나 optical 특성 등을 파악하는데 도움이 된다. 따라서 본 연구에서는 성간 물질의 한 지역중의 하나인 ‘H II region’이라 불리는 지역을 ‘원자외선’ 영역으로 분석하였다. H II 지역은 밝은 별에서 나온 radiation이 주변의 gas들을 이온화 시켜서 만들어 내는 지역을 의미한다. 우리가 선택한 대상은 spica와 $\zeta$-Ophiuchi H II region이며, 원자외선 영역으로 우리은하 내에 분포하는 고온의 gas를 검출하기 위하여 제작된 과학기술위성 1호의 주 탑재체인 FIMS의 데이터를 이용하였다.
Spica 분석영역은 중심으로는 spica별을 남쪽으로는 Loop I과 Local Bubble의 충돌로 이루어진 Interaction zone을 포함하고 있다. 이 지역에 대한 원자외선과 여러 파장대의 map을 비교하였다. 특히 원자외선과 dust extinction 관측을 비교하여 이들의 correlation을 확인할 수 있었으며, 이 지역의 gas/dust 값이 평균 비하여 다소 높다는 것을 확인하였다. 또한 원자외선의 주요한 발생원이라 알려진 dust scattering 시뮬레이션을 통하여 원자외선 map을 재구성 해보았다. 이를 통해 Interaction zone의 위치와 두께 및 spica와 Local Bubble, Loop I의 위치 관계를 명확히 제시하였으며, 전반적인 지역의 optical 특성을 파악하였다. 이 결과는 다른 연구 결과나 이론적 값의 범위에 부합하는 결과이다.
두 번째 분석 대상은 $\zeta$-Ophiuchi H II region으로 최초로 원자외선 영역의 map과 $H_2$ fluorescence map을 제시하였으며, H$\alpha$ 관측 map을 자세하게 분석하여 주변 cloud들과의 관계를 분석하였다. Photo-ionization 시뮬레이션을 통하여 이 지역에 분포하는 dust들의 양과 온도 및 밀도 등의 물리적 특성을 얻을 수 있었다. 또한 관측값을 기반으로 하여, 지역의 dust 구조를 체계적으로 예상하고, dust-scattering 시뮬레이션을 통해 그 정당성을 확인하였다.
본 연구에서는 원자외선 영역과 다른 파장의 관측 결과를 비교하여, 두 H II region의 특성을 파악하고자 하였다. 또한 dust-scattering 시뮬레이션을 수행하여 원자외선 관측을 재현 하였으며, 이를 통하여 원자외선의 가장 큰 원천이 dust scattering임을 다시금 확인할 수 있었다.
