[論文レビュー] A lambda 3mm and 1mm line survey toward the yellow hypergiant IRC +10420

G. Quintana-Lacaci, M. Agúndez+5 more|arXiv (Cornell University)|May 30, 2016

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 36被引用数 13

ひとこと要約

本研究では、IRAM 30 m望遠鏡を用いて黄色超巨星IRC +10420の1 mmおよび3 mm線サーベイを実施し、22種類の分子を検出。窒素を含む分子の強力な増加が観測された。3,800年間にわたり、~7から~3.7に減少する12C/13C比の低下と、高い窒素富含化学反応が示され、質量の大きな進化した星におけるホットボトムバーニングの活性化が確認された。

ABSTRACT

Our knowledge of the chemical properties of the circumstellar ejecta of the most massive evolved stars is particularly poor. We aim to study the chemical characteristics of the prototypical yellow hypergiant star, IRC +10420. For this purpose, we obtained full line surveys at 1 and 3mm atmospheric windows. We have identified 106 molecular emission lines from 22 molecular species. Approximately half of the molecules detected are N-bearing species, in particular HCN, HNC, CN, NO, NS, PN, and N2H+. We used rotational diagrams to derive the density and rotational temperature of the different molecular species detected. We introduced an iterative method that allows us to take moderate line opacities into account. We have found that IRC +10420 presents high abundances of the N-bearing molecules compared with O-rich evolved stars. This result supports the presence of a N-rich chemistry, expected for massive stars. Our analysis also suggests a decrease of the 12C/13C ratio from \gtrsim 7 to \sim 3.7 in the last 3800 years, which can be directly related to the nitrogen enrichment observed. In addition, we found that SiO emission presents a significant intensity decrease for high-J lines when compared with older observations. Radiative transfer modeling shows that this variation can be explained by a decrease in the infrared (IR) flux of the dust. The origin of this decrease might be an expansion of the dust shell or a lower stellar temperature due to the pulsation of the star.

研究の動機と目的

• IRC +10420、すなわち代表的なイエローハイパージェントの周囲物質的包層の化学組成を調査すること。
• 質量の大きな進化した星の周囲物質的噴出物の化学的性質に関する知識の不足を解消すること。
• 核合成過程（例えばホットボトムバーニングなど）を解明するために、同位体比と分子の濃度を特定すること。
• SiOおよび他の分子線の変動を検討し、ほだん温度と星の光度の変化を推定すること。
• 線強度の傾向とほだんフラックスの変動を分析することで、IRC +10420の進化段階を評価すること。

提案手法

• IRAM 30 m望遠鏡を用いて、1 mmおよび3 mmの大気窓における全スペクトル線サーベイを実施した。
• HCN、HNC、CN、N2H+、SiOなどを含む22種類の分子から106本の放射線線を同定した。
• 中程度の線光学密度を考慮するため、反復的手法を用いた回転図解析を適用した。
• 高JのSiO線強度の変動を解釈するために、放射線輸送モデリングを用いた。
• 観測された線強度を過去の観測と比較し、分子放射の時間的変化を検出した。
• COおよびHNC線からの12C/13C比を推定し、光学密度の補正を施して同位体の進化を推定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 IRC +10420周囲の物質的包層における分子組成、特に窒素含有分子に関してはどのようなものか？
• RQ2 COおよびHNCからの同位体比12C/13Cはどのように異なり、これは包層内での化学的プロセスに何を示唆するか？
• RQ3 高JのSiO線強度が過去の観測と比較して低下している原因は何か？
• RQ4 SiO線強度の低下は、赤外領域のほだんフラックスの低下と関連しているか？これは星の進化段階に何を示唆するか？
• RQ5 観測された分子濃度および同位体比は、質量の大きな星におけるホットボトムバーニングによって説明可能か？

主な発見

• サーベイでは22種類の分子が検出され、その半数近くが窒素含有分子であり、HCN、HNC、CN、N2H+、PNの高い濃度が観測された。
• N2H+の濃度は、進化した星で測定された中で2番目に高い値であり、強力な窒素富含化学反応を示している。
• 過去3,800年間にわたり、12C/13C比は~7から~3.7に低下しており、これはフィッティング誤差によるものではなく、真の同位体シフトである。
• 低下する12C/13C比は、質量の大きな星におけるホットボトムバーニングと整合しており、12Cが14Nに変換されていることを示している。
• 高JのSiO線強度は、過去の観測と比較して顕著に低く、低J線では変化がほとんど認められない。
• SiO線強度の低下は、星の赤外線フラックスの最近の低下に起因するとされ、ほだん殻の拡張または脈動による星の温度低下が原因とされる。