[論文レビュー] Crystalline silicate dust around evolved stars III. A correlations study of crystalline silicate features

F. J. Molster, L. B. F. M. Waters+3 more|University of Groningen research database (University of Groningen / Centre for Information Technology)|Jan 18, 2002

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 22被引用数 98

ひとこと要約

本研究では、14個の進化した星のISO赤外スペクトルを分析し、実験室で測定された吸収係数を用いた放射平衡モデルを適用して、結晶性ケイ酸塩ほこりの性質を調査した。その結果、オルトフェロライトに比べてフェロライトが3–4倍多く存在し、ほこりの種類ごとの温度差が、ディスクと噴流環境における異なる形成または加工歴を示していることが判明した。また、69.0 µmのフェロライト特徴線が頑健な温度指標であることが特定された。

ABSTRACT

We have carried out a quantitative trend analysis of the crystalline silicates observed in the ISO spectra of a sample of 14 stars with different evolutionary backgrounds. We have modeled the spectra using a simple dust radiative transfer model and have correlated the results with other known parameters. We confirm the abundance difference of the crystalline silicates in disk and in outflow sources, as found by Molster et al. (1999, Nature 401, 563). We found some indication that the enstatite over forsterite abundance ratio differs, it is slightly higher in the outflow sources with respect to the disk sources. It is clear that more data is required to fully test this hypothesis. We show that the 69.0 micron feature, attributed to forsterite, may be a very suitable temperature indicator. We found that the enstatite is more abundant than forsterite in almost all sources. The temperature of the enstatite grains is about equal to that of the forsterite grains in the disk sources but slightly lower in the outflow sources. Crystalline silicates are on average colder than amorphous silicates. This may be due to the difference in Fe content of both materials. Finally we find an indication that the ratio of ortho to clino enstatite, which is about 1:1 in disk sources, shifts towards ortho enstatite in the high luminosity (outflow) sources.

研究の動機と目的

• ISOスペクトルを用いて、進化した星における結晶性ケイ酸塩の含有量とほこりの温度を定量すること。
• ディスク源と噴流源におけるほこりの性質の違いを調査すること。
• ほこりの組成、温度、星の全放射出力との相関関係を検討すること。
• 粒子の組成と多形構造（正交晶系対斜方晶系）がほこりの進化に与える影響を評価すること。
• 結晶性がほこりの温度や星の全放射出力と相関しているかどうかを特定すること。

提案手法

• 実験室で測定されたフェロライトおよびオルトフェロライトの吸収係数を用いて、ISOスペクトルに単純な光学的薄いほこり放射平衡モデルを適合させた。
• 23.6、33.6、40.5、および69.0 µmの特徴線のピーク位置とバンド幅を用いて、粒子の組成と温度を推定した。
• モデルの適合度と観測スペクトルの残差を比較し、追加のほこり成分の可能性を同定した。
• スペクトルの形状とバンド位置に基づいて、正交晶系と斜方晶系のオルトフェロライトの相対的含有量を分析した。
• 得られたほこりの温度と含有量を、星の全放射出力と源のタイプ（ディスク対噴流）と照らし合わせた。
• 鉄含有量がほこりの温度に与える影響を、結晶性と非晶質ケイ酸塩の挙動を比較することで評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 進化した星の周囲ほこりにおけるオルトフェロライトとフェロライトの相対的含有量はどの程度か？
• RQ2 ディスク源と噴流源におけるフェロライトとオルトフェロライト粒子の温度はどのように異なるか？
• RQ3 星の全放射出力とフェロライト/オルトフェロライト含有量比との間に相関があるか？
• RQ4 ほこりの結晶性は、ほこりの温度や星の全放射出力と相関しているか？
• RQ5 69.0 µmのフェロライト特徴線が温度指標として重要な意味を持つ理由は何か？

主な発見

• 研究対象の進化した星において、オルトフェロライトに比べてフェロライトが平均して3–4倍多い。
• オルトフェロライトとフェロライトの含有量比は、噴流源の方がディスク源よりも高い可能性があるが、より多くのデータが必要である。
• 69.0 µmのフェロライト特徴線は強力な温度指標であり、その幅と位置が粒子温度に敏感である。
• ディスク源ではフェロライトとオルトフェロライトの粒子温度はほぼ同一であるが、噴流源ではフェロライトがわずかに高温であり、異なる粒子集団が存在することを示唆している。
• 結晶性ケイ酸塩は非晶質ケイ酸塩よりも平均して低温であり、鉄含有量が低いため吸収効率が低下しているためと考えられる。
• 低全放射出力源では正交晶系と斜方晶系のオルトフェロライトはほぼ同等に存在するが、高全放射出力源では正交晶系のオルトフェロライトが優勢であり、全放射出力に依存した多形分布があることが示唆された。