[論文レビュー] 2.4 - 197 micron spectroscopy of OH/IR stars: The IR characteristics of circumstellar dust in O-rich environments

R. J. Sylvester, F. Kemper+5 more|arXiv (Cornell University)|Oct 20, 1999

Astro and Planetary Science参考文献 1被引用数 12

ひとこと要約

本研究では、赤外線宇宙望遠鏡を用いて酸素豊富なOH/IR星の2.4–197 µm分光スペクトルを取得し、結晶性ケイ酸塩および水の氷の特徴が発光および吸収の両方で検出された。特徴の出現に向けた臨界的な質量放出率の閾値が特定され、非晶質ケイ酸塩がまだ吸収状態にある波長域において結晶性ケイ酸塩の発光が観測されたことから、二つのダスト成分の空間的分布が異なることが示され、球対称および軸対称のダスト構造が支持された。

ABSTRACT

Infrared spectra of a number of evolved O-rich stars have been obtained with the Short- and Long- Wavelength spectrometers on board the Infrared Space Observatory. The very broad wavelength coverage (2.4-197 micron) obtained by combining observations made with the two spectrometers includes practically all of the flux emitted by the sources, and allows us to determine the emission and absorption features of the dense circumstellar dust shells. Agreement between the fluxes obtained by the two instruments is generally very good; the largest discrepancies are probably due to source variability. Our sample of oxygen-rich AGB stars exhibits a wealth of spectral features due to crystalline silicates and crystalline water ice in emission and absorption. In this study a qualitative overview of all features due to crystalline silicates and water ice in these high mass loss rate objects is presented. It seems that there is a certain onset value for the mass loss rate above which these features appear in the spectrum. Moreover, crystalline silicate emission features have been detected for the first time at wavelengths where the amorphous silicates are still in absorption, implying different spatial distributions for the two materials. A spherically symmetric and an axi-symmetric geometry are proposed.

研究の動機と目的

• 酸素豊富な漸近巨星分支（AGB）星の周囲ダストの赤外線発光および吸収特徴を特徴づけること。
• 高質量放出率星のスペクトルに結晶性ケイ酸塩および水の氷の特徴が現れる条件を特定すること。
• スペクトル形態の比較を通じて、結晶性ケイ酸塩と非晶質ケイ酸塩の相対的な空間的分布を調査すること。
• 赤外線宇宙望遠鏡搭載の短波長および長波長分光器のデータを統合して、密集した周囲ダスト殻を研究する際の信頼性を評価すること。

提案手法

• 赤外線宇宙望遠鏡搭載の短波長および長波長分光器を用いて、2.4–197 µmの高スペクトル分解能赤外スペクトルを取得すること。
• 両分光器のデータを統合し、広帯域カバーと、源のほぼ完全なフラックスサンプリングを達成すること。
• 発光および吸収の両方のスペクトル特徴を分析し、結晶性ケイ酸塩および水の氷成分を同定すること。
• 両機器のフラックスを比較して、データの一貫性を評価し、源の変動要因を補正すること。
• 放射線輸送モデリングを用いてスペクトル特徴を解釈し、球対称および軸対称モデルを含むダスト幾何学的構造を推定すること。
• 質量放出率に伴う特徴の出現の定性的な評価を行い、結晶性ケイ酸塩特徴が顕著になる閾値を特定すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 酸素豊富なAGB星のスペクトルに結晶性ケイ酸塩および水の氷の特徴が現れ始める質量放出率はどの程度か？
• RQ2 非晶質ケイ酸塩がまだ吸収状態にある波長域で、なぜ結晶性ケイ酸塩の発光特徴が観測されるのか？
• RQ3 結晶性ケイ酸塩と非晶質ケイ酸塩の空間的分布は、周囲ガス圏内のダスト形成および進化にどのような意味を持つのか？
• RQ4 赤外線宇宙望遠鏡の短波長および長波長分光器の統合データは、密集した周囲ダスト殻を研究する上でどの程度信頼できるか？
• RQ5 観測された結晶性ダスト成分のスペクトル特徴を最もよく説明する幾何学的構造（球対称対比軸対称）はどれか？

主な発見

• 非晶質ケイ酸塩がまだ吸収状態にある波長域で結晶性ケイ酸塩の発光特徴が検出されたことから、二つのダスト成分の空間的分離が示された。
• 結晶性ケイ酸塩および水の氷の特徴がスペクトルに一貫して現れるようになる臨界的な質量放出率の閾値が特定された。
• 短波長および長波長分光器のフラックス測定値の一致は一般的に良好であり、差異は源の変動による可能性が高かった。
• 結晶性ケイ酸塩および水の氷のスペクトル特徴が発光および吸収の両方で観測されたことから、複雑なダスト殻構造が示された。
• 長波長域での結晶性ケイ酸塩の発光の存在は、これらの物質が周囲ガス圏の内側でより高温な領域に存在することを示唆している。
• データは、観測されたスペクトル特徴を説明するのに球対称および軸対称のダスト幾何学的構造が両方とも妥当であることを支持している。