[論文レビュー] Binary planetary nebulae nuclei towards the Galactic bulge. II. A penchant for bipolarity and low-ionisation structures

B. Miszalski, A. Acker+2 more|arXiv (Cornell University)|Jul 14, 2009

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 92被引用数 99

ひとこと要約

本研究では、30個の二重星を有する共通エンvelope (CE) 徎星型星雲 (PNe) を、Gemini Southの狭帯域画像を用いて形態を評価した。傾斜効果を補正した結果、60%が本質的に二重極性であると判明し、共通エンvelope進化と二重極性星雲の関連を裏付ける、最も強い観測的証拠が得られた。また、低イオン化構造 (LIS) が顕著に多く観測され、二重星駆動形成メカニズムに整合的であることが明らかになった。

ABSTRACT

Considerable effort has been applied towards understanding the precise shaping mechanisms responsible for the diverse range of morphologies exhibited by planetary nebulae (PNe). A binary companion is increasingly gaining support as a dominant shaping mechanism, however morphological studies of the few PNe that we know for certain were shaped by binary evolution are scarce or biased. Newly discovered binary central stars (CSPN) from the OGLE-III photometric variability survey have significantly increased the sample of post common-envelope (CE) nebulae available for morphological analysis. We present Gemini South narrow-band images for most of the new sample to complement existing data in a qualitative morphological study of 30 post-CE nebulae. Nearly 30% of nebulae have canonical bipolar morphologies, however this rises to 60% once inclination effects are incorporated with the aid of geometric models. This is the strongest observational evidence yet linking CE evolution to bipolar morphologies. A higher than average proportion of the sample shows low-ionisation knots, filaments or jets suggestive of a binary origin. These features are also common around emission-line nuclei which may be explained by speculative binary formation scenarios for H-deficient CSPN.

研究の動機と目的

• 過去の形態的分析におけるサンプルバイアスを克服するため、二重星中心星を有する共通エンvelope (CE) 星雲 (PNe) のより大規模で代表的なサンプルを分析すること。
• CE進化が高次元非対称星雲、特に二重極性形態を生成することを、幾何学的モデルによる傾斜補正を用いて検証すること。
• CE進化後の星雲における低イオン化構造 (LIS) の頻度と起源を調査し、二重星系との関連を評価すること。
• CE段階における高密度対比の理論的予測と、CE後星雲の形態的傾向を比較すること。
• LISと発光線核、特に [WO] 星との関連を検討し、H不活性中心星の二重星形成シナリオを評価すること。

提案手法

• プログラム GS-2008B-Q-65 および GS-2009A-Q-35 の下で、Gemini South望遠鏡を用いて30個のCE後星雲の狭帯域画像データを取得した。
• 新規に得たGeminiデータと既存のアーカイブ画像を統合し、星雲の定性的な形態的分析を実施。特に二重極性と低イオン化構造に注目した。
• 既存のフレームワーク（Pollacco & Bell, 1997; De Marco, 2009 など）を用い、幾何学的二重極性モデルと傾斜補正を適用して、星雲の本質的3次元形態を推定した。
• Gatleyのルールを用いて、投影された2次元外観に基づき、二重極性の可能性を評価した。
• [NII] および Hα 画像を用いて、Knots、フィラメント、ジェットなどの低イオン化構造 (LIS) を特定し、それらの存在が二重星中心星系とどのように相関するかを分析した。
• 星雲を発光線核（特に [WO] 星）と照合し、形態的・化学的類似性を評価することで、共通の二重星形成経路を示唆する手がかりを得た。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 傾斜効果を適切に補正した場合、共通エンvelope後の星雲のうち、本質的に二重極性であるものの真の割合はどの程度か？
• RQ2 CE後の星雲における低イオン化構造 (LIS) は、二重星中心星とどの程度相関しており、これはどのような形成メカニズムを示唆するか？
• RQ3 CE後の星雲の形態的分布は、共通エンvelope段階における高密度対比の理論的予測とどのように一致するか？
• RQ4 発光線核、特に [WO] 星は、低イオン化構造や二重極性形態を示す星雲と、有意に関連しているか？
• RQ5 同じ形態を示す星雲（例：NGC 6337 と Sab 41）にLISが存在する場合、これは二重星起源の間接的証拠として用いられる可能性はあるか？

主な発見

• 30個のCE後星雲のうち約30%が2次元投影で標準的な二重極性形態を示すが、幾何学的モデルによる傾斜補正を施すと、この割合は60%以上に上昇する。
• 本質的二重極性割合は60–70%と推定され、共通エンvelope進化が高密度対比によって高次元非対称星雲を生成することを裏付ける、これまでで最も強い観測的証拠が得られた。
• サンプルの40%が低イオン化構造 (LIS) を示しており、一般の星雲集団で観測される約17%と比較して顕著に高い割合である。これは、二重星駆動質量放出と強い関連があることを示唆する。
• LISは、軌道面に位置する（Knots やフィラメントとして）、または極方向に位置する（低表面輝度ジェットとして）に偏って分布しており、CE段階中に生成されたダストおよびH₂クラスタが分布したモデルと整合的である。
• 広いサンプルにおけるLISを有する星雲の2/3が発光線核を有しており、[WO] 中心星を有する星雲では極端なLIS特徴が一般的に観測された。これは、二重星形成シナリオの推測的妥当性を支持する。
• 本サンプルに円形の単一殻星雲は一切存在しなかった。最も丸みを帯びた複数殻星雲（PHR 1804−2913）ですら、まだ極軸を向いた二重極性である可能性があるため、CE進化が球状PNeを容易に生成しない可能性が示唆された。