[論文レビュー] An optical absorption study of the Helix Planetary Nebula: NaI and CaII lines, and a search for diffuse bands

N. Mauron, T. R. Kendall|ArXiv.org|Sep 1, 2004

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 36被引用数 3

ひとこと要約

本研究では、ヘリクス星雲（NGC 7293）の周囲環境における拡散帯（DIB）吸収を調査するため、8つの背景星を用いた高分解能VLT/UVES分光測定が行われた。2つの線方向で、周囲星間物質由来と一致する強力なNa I吸収が検出されたが、DIBは検出されなかった。これは、炭素豊富な惑星星雲の中性ガス中にDIBの原因物質が豊富でない可能性を示唆している。

ABSTRACT

We present the results of an optical absorption study of NGC 7293, the Helix planetary nebula (PN), designed to search for diffuse band (DIB) absorptions perhaps arising in the carbon-rich circumstellar matter of the PN. We made high resolution spectra of 8 stars located close to and behind the Helix. Through a detailed analysis of the NaI and CaII lines, we find that two lines of sight situated close to the PN as mapped in CO and HI exhibit very strong NaI absorption. This absorption is due to the PN neutral or molecular material. No corresponding CaII line is observed in agreement with the very high Ca depletion often observed in PNs. No trace of any DIB features was found in these two circumstellar lines of sight (shortened abstract).

研究の動機と目的

• 炭素豊富なヘリクス惑星星雲（NGC 7293）の周囲環境における拡散帯（DIB）吸収を探索すること。
• 特に炭素含有量が高い領域において、DIBキャリアが中性ガスまたは分子ガスに存在するかどうかを特定すること。
• 背景星を用いて、星間ガスおよび星の表面特徴から分離された周囲星雲吸収を特定すること。
• 星雲の複数の線方向を観測することで、DIBの空間的不均一性を調査すること。
• 炭素豊富な環境を有するため、惑星星雲がDIBキャリア生成の場である可能性を評価すること。

提案手法

• ヘリクス惑星星雲の近くおよび後方の8つの背景星に対して、VLT/UVES装置を用いた高分解能（R ≈ 50,000）光学分光測定が実施された。
• U-B-Vおよび2MASSの画像測光に基づいて、主にF-G型矮星のスペクトル型と距離（200–1500 pc）を推定し、星のうち複数が星雲の後方（210 pc）に位置していることを確認した。
• 分光解析では、星間ガス（ISM）の吸収と周囲星雲吸収を区別するために、Na I D1およびD2線、Ca II K線に注目した。Ca IIは惑星星雲で強く希土類元素に富むことが知られているため、その特徴を活用した。
• Na IおよびCa II線の等価幅を測定し、周囲星間ガスの寄与を、消光マップと周辺の明るい3つの星からのISM線データから導出した期待値と比較した。
• 既知の波長（例：λ5780、λ6614）における拡散帯（DIB）特徴を探索し、S/N比および分光分解能に基づいて等価幅の上限値を設定した。
• 強いNa I吸収に対して対応するCa II K吸収が観測されなかったことから、Na I吸収は周囲星雲由来であると支持される。これは、惑星星雲の低温・中性相でCaが通常強く希土類元素に富むことと整合する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 炭素豊富なヘリクス惑星星雲の周囲環境に拡散帯（DIB）は検出可能か？
• RQ2 2つの線方向で観測された強力なNa I吸収は、星間ガス由来か、星雲の周囲星雲物質由来か？
• RQ3 特に炭素含有量が高い領域において、DIBキャリアが中性ガスまたは分子ガス中に存在する証拠はあるか？
• RQ4 惑星星雲の不均一な構造がDIBの検出可能性に与える影響は何か？また、複数の線方向観測は感度を向上させるか？
• RQ5 強いNa I吸収に対してCa II K吸収が観測されないことは、惑星星雲における周囲星雲由来の診断として有効か？

主な発見

• 2つの線方向（ターゲット#4および#5）で、等価幅が1000 mÅを超える強力なNa I D2吸収が観測され、星間ガス由来の期待値（約200 mÅ）を大幅に上回っていた。
• これらの2つの線方向で、対応するCa II K吸収が観測されなかったことから、Na I吸収は周囲星雲由来であると支持される。これは、惑星星雲の低温・中性相でCaが強く希土類元素に富むことが知られていることと整合する。
• 8つの線方向すべてにおいて、拡散帯特徴は検出されず、特に2つの強力な周囲星雲線方向においても同様であった。λ6614のDIB等価幅の上限は5–20 mÅであった。
• 高銀緯度（b = -57°）にあるため、星間ガス由来の高さのNa I吸収は、星間ガス由来とは整合しない。
• 炭素豊富な環境を有するヘリクス星雲においてDIBが検出されなかったことから、DIBキャリアはこのような周囲星雲領域で豊富に生成されていない可能性がある。
• 周囲星雲線方向は、電波波長では観測できない分子種（例：C2、CN）の検出や、星雲内の全水素吸収量の測定に新たな道を開く。