[論文レビュー] Dust Formation in Massive WR+O Binaries: Recent Results

С. В. Марченко, A. F. J. Moffat|arXiv (Cornell University)|Oct 17, 2006

Astrophysics and Star Formation Studies被引用数 3

ひとこと要約

本論文は、高分解能中赤外線画像を用いて、質量の大きなWolf-Rayet + O連星系におけるダスト形成を調査し、楕円軌道を描く連星系における衝突する風が、周期的なダスト生成を引き起こすことを明らかにした。主な発見には、近日点通過と関連する拡張するダストアークの検出、約0.1–0.5 µmの大きなアモルファス炭素粒子の確認、過酷な環境下でも最大で約100年間生存するダストの存在が含まれる。

ABSTRACT

The massive, luminous Population I Wolf-Rayet stars can be considered as stars with the highest known sustained mass loss rates. Around 10% of WR stars may form carbon-rich dust in their dense and inhomogeneous winds. Though we are yet to find how dust is formed in such an extremely hostile environment, we have made substantial progress over the past decade. Here we discuss the results of recent high-resolution mid-infrared imaging of a sample of the most prodigious WR 'dustars'. This allows one to map rapidly changing dust-forming regions and derive some basic properties of the freshly formed dust.

研究の動機と目的

• 高分解能中赤外線画像を用いて、質量の大きなWR+O連星系における急速に変化するダスト形成領域をマッピングすること。
• 温度、サイズ、組成を含む、新しく形成されたダストの物理的性質を特定すること。
• WC型Wolf-Rayet星における単一星と連星駆動のダスト形成メカニズムを区別すること。
• 絶対的なダスト形成率を推定し、極端な星風環境におけるダストの生存 timescale を評価すること。
• 2MASSの光度測定データと赤外色診断を用いて、新しいダスト生成WR星を同定すること。

提案手法

• TReCS/Gemini-SouthおよびMichelle/Gemini-Northを用いた12.3–12.5 µm帯域の高分解能中赤外線画像を用い、ダスト包層を空間的に解像すること。
• WR112、WR140、WR137の時間系列画像を取得し、ダストの拡張を追跡するとともに、軌道位相および近日点通過と照合すること。
• 中赤外線フラックスのスペクトルエネルギー分布（SED）モデリングにより、ダスト温度プロファイルと熱的平衡状態を導出すること。
• 中赤外線フラックスプロファイルおよび視角サイズへの特徴的な粒子サイズフィッティングを用いて、ダスト粒子のサイズ分布を分析すること。
• 2MASSのJ、H、Kバンド光度測定を用いて、源を減色処理し、J-HおよびH-K色基準を用いてダスト生成WR星を同定すること。
• 風同士の衝突モデルとダストの形態を比較し、衝撃圧縮およびダスト形成領域を推定すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 WR112、WR137、WR140のようなWR+O連星系におけるダスト雲の空間的形状と拡張速度は何か。また、それらは軌道位相とどのように関係しているか。
• RQ2 質量の大きな連星系の衝突風で形成されたダスト粒子の特徴的なサイズ、組成、温度プロファイルは何か。
• RQ3 WR風の過酷な環境下でダストはどのくらい生存可能か。その寿命に影響を与える要因は何か。
• RQ4 中赤外線画像は、WC型WR星における単一星と連星駆動のダスト形成経路を区別できるか。
• RQ5 の銀河におけるダスト生成WR星の出現頻度はどの程度か。また、連星系と単一星系の間で赤外色はどのように異なるか。

主な発見

• WR140の中赤外線画像（12.5 µm）における同心円状のダストアークは、1993年および2001年のダスト形成イベントに明確に関連しており、軌道の調制が確認された。
• WR140のダストは特徴的な粒子サイズが約0.1 µmであることが判明し、通常では見られない大きなダスト粒子の形成を示している。
• WR112のダストは、約1200 km/sの径方向速度に一致する速度で拡張しており、距離の推定値として2.0⁺¹.⁷₋₀.⁸ kpcが得られた。
• WR48aの中赤外線画像では、明るい塊体を有する壮大なダスト包層が観測され、1990年および1994年の二次的噴出と関連している可能性がある。
• WR風におけるダストの生存は、少なくとも約100年間は確認されており、WR112の破れたらせん構造の遅い拡張によって裏付けられた。
• 2MASS調査により、WR102eが新しいダスト生成WR星として同定された。単一星と連星のダスタースター間で顕著な色の差異は認められなかったが、連星系では高温の伴星のためわずかに青みがかった色を示した。