[論文レビュー] A dam around the Water Fountain Nebula? The dust shell of IRAS16342-3814 spatially resolved with VISIR/VLT

Tijl Verhoelst, L. B. F. M. Waters+5 more|UvA-DARE (University of Amsterdam)|Jun 4, 2009

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 18被引用数 11

ひとこと要約

VISIR/VLTを用いた高分解能中赤外線画像および分光測定により、本研究では、水の噴出 Nebula (IRAS16342-3814) のほこりを含む胴回りが13 μmまでの波長で暗いままであることが明らかになった。これは、以前の楕円形の明るさに関する主張と矛盾する。データは、遮蔽されるほこり構造の約145°の充填角を示しており、ほぼ球対称的なスーパー�風であることを示唆し、主な形態形成機構として安定したコンパクトなほこりのディスクを排除し、むしろ事前に存在する球対称風におけるジェット駆動型の空洞形成を支持する。

ABSTRACT

Either by collimating a fast stellar wind or by driving a jet via accretion in the central system, dusty torii or stable disks may be crucial ingredients for the shaping of PNe. We study the dust distribution in the very young Proto-Planetary Nebule (PPN) IRAS16342-3814, also known as the Water Fountain Nebula, which is known to show strong bipolar characteristics in the shape of two reflection lobes, and high-velocity collimated molecular outlfows. We use the new Mid-IR (MIR) instrument VISIR on the Very Large Telescope (VLT) both in imaging and spectroscopy mode at wavelengths from 8 to 13 micron. We present the first spatially resolved MIR observations of a dusty evolved star obtained with VISIR and find that the improved spatial resolution contradicts previous claims of an elliptical brightness distribution at the heart of IRAS16342: we find the waist region to be dark even in the MIR. We show that the filling angle of the obscuring dust lane, which is made mostly of amorphous silicates, is very large, possibly even close to a spherically symmetric superwind as seen in OH/IR stars. We conclude that, in contrast to the multitude of recent dusty-disk detections in Post-AGB stars and PNe, IRAS16342 does not show this extreme equatorial density enhancement, at least not on the scale of the dusty environment which lends the object its IR appearance. Rather, it appears that the observed precessing jets are shaping the bipolar nature in the remains of a spherically symmetric AGB superwind.

研究の動機と目的

• 高角分解能を用いて、若い原始惑星状星雲であるIRAS16342-3814のほこりの形態を中赤外域で解明すること。
• 以前の可視光および赤外線観測によって示唆されたように、暗い赤道付近のほこりの胴回りが密度が高く安定したほこりのディスクまたはトーラスであるという仮説を検証すること。
• 観測された二極性形態がディスクによるコリメーションに起因するのか、それとも事前に存在する球対称風におけるジェット駆動型空洞形成に起因するのかを特定すること。
• 空間分解能のあるフラックスおよび分光データを用いて、遮蔽されるほこり構造の幾何学的形状と光学的厚さを制約すること。

提案手法

• 8〜13 μmの波長域で、VLTのVISIR機器を用いて空間分解能のある中赤外線画像を取得した。11.85 μmに中心を持つSiCフィルタを用い、ピクセルスケールは0.127 arcsecであった。
• 4つのNバンドフィルタ（8.5、9.8、11.4、12.2 μm）を用いて、北から55.4°東側を向いた32×0.75 arcsecのスリットを用いて低分解能分光測定を実施した。
• データはESOパイプライン（v1.3.7）を用いて減算処理を行い、補助星HD 146051のMARCS大気モデルを用いて大気補正を施した。
• 遮蔽されるほこり構造の充填角を推定するために、玩具モデルを構築した。密度プロファイルをr⁻²と仮定し、光路に沿った光学的厚さをτ(y,λ) = (ρ₀κ(λ)/y²)(θ/2 ± i)として計算した。ここでθは充填角を表す。
• 観測されたSED、両側のローブ間のフラックス比、および西側ローブスペクトルにおけるケイ酸塩吸収深度に一致させるために、モデルパラメータ（充填角、ほこり質量分率、粒子サイズ分布、質量放出率）を制約した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 IRAS16342-3814の中心付近のほこり構造は、コンパクトな赤道付近のほこりディスクであるのか、それともより広がった対称的構造であるのか？
• RQ2 観測された中赤外線の明るさ分布は、ディスク駆動型コリメーション機構を支持するのか、それともジェット駆動型空洞形成モデルを支持するのか？
• RQ3 遮蔽されるほこり構造の真の充填角は何か？ 他の後AGB星における既知のディスク幾何学と比較するとどうなるか？
• RQ4 観測されたケイ酸塩吸収およびフラックス比は、二極性空洞を持つ球対称的なスーパー�風によって再現可能か？

主な発見

• IRAS16342-3814のほこり構造は高分解能で楕円形ではなく、中赤外域でも赤道付近の暗い胴回りを示しており、以前の楕円形明るさ分布に関する主張と矛盾する。
• 遮蔽されるほこり構造の充填角は110°以上と制限され、最良の適合モデルでは145°に達しており、ほぼ球対称な分布であることを示唆している。
• ほこり質量分率はケイ酸塩と鉄の比が5.5、0.1 μmから5.0 μmまでの粒子サイズ比が1.5で最良に適合し、非晶質ケイ酸塩および金属鉄に一致する。
• 質量放出率は約1×10⁻³ M⊙ yr⁻¹と推定され、モデルでは中心星に向かって30 μmまでの波長で光学的厚さ≥100を予測しており、観測されたSEDと一致する。
• 観測されたフラックスはほとんどが二極性のローブに起因しており、それらは約160 Kで熱放射を行っており、西側ローブでは線路上のほこりによる中程度の減光（τ₁₀μm ≈ 0.5）が見られる。