[論文レビュー] Eta Carinae: an evolving view of the central binary, its interacting winds and its foreground ejecta

T. R. Gull, D. J. Hillier+14 more|arXiv (Cornell University)|May 30, 2022

Astro and Planetary Science参考文献 56被引用数 5

ひとこと要約

本研究では、20年間にわたりハッブル宇宙望遠鏡/STISのFUVスペクトルを用いてエータ・カービナエの連星風、相互作用する風構造、および前方に位置する噴出物の変化を追跡した。以前は不透明な「遮光体」として機能していたものが消散したため、研究チームは共鳴線における軌道位相依存性の変化を直接観測し、一時的な高速吸収翼と、二次星の通過に伴う可視な「ボアホール効果」を明らかにした。一方、主星風の性質に内在的な変化の証拠は確認されなかった。

ABSTRACT

FUV spectra of Eta Car, recorded across two decades with HST/STIS, document multiple changes in resonant lines caused by dissipating extinction in our line of sight. The FUV flux has increased nearly ten-fold which has led to increased ionization of the multiple shells within the Homunculus and photo-destruction of molecular hydrogen. Comparison of observed resonant line profiles with CMFGEN model profiles allows separation of wind-wind collision and shell absorptions from the primary wind, P Cygni profiles.The dissipating occulter preferentially obscured the central binary and interacting winds relative to the very extended primary wind. We are now able to monitor changes in the colliding winds with orbital phase. High velocity transient absorptions occurred across the most recent periastron passage, indicating acceleration of the primary wind by the secondary wind which leads to a downstream, high velocity bowshock that is newly generated every orbital period. There is no evidence of changes in the properties of the binary winds.

研究の動機と目的

• エータ・カービナエの周囲環境の変化を調査し、特に中心連星の軌道が風同士の相互作用と噴出物のイオン化に与える影響を明らかにすること。
• 過去20年間に観測されたスペクトル変化が、連星系の長期的進化によるものか、周囲物質の変化によるものかを特定すること。
• FUV共鳴線を用いて、風同士の衝突（WWC）および二次星の風が主星風に与える影響を直接観測・特徴づけること。
• 消散しつつある遮光体に起因する減光の減少が、中心連星およびその風構造の可視性に与える影響を評価すること。
• 観測された高速吸収が周期的であり、近日点通過と関連しているかどうかを検証し、動的風加速を示唆するものかどうかを検証すること。

提案手法

• ほぼ4つの軌道周期にわたるHST/STISによるFUVスペクトル（1150–1680 Å）の取得を行い、観測がほぼ同一の軌道位相に配置されることで、位相依存効果を分離する。
• 主星風、風同士の衝突、噴出物シェルからの寄与を分離するために、CMFGENモデルからの合成プロファイルと観測された共鳴線プロファイル（例：Si II, Ni II, C IV）を比較する。
• 第11および第14近日点通過の間のスペクトル変化を分析し、一時的な特徴（例：「ボアホール効果」、高速吸収翼）を検出する。
• 噴出物のイオン化状態の変化（例：H2, NaD, C II, Si II）をモニタリングし、伴星のUV放射による光イオン化の変化を推定する。
• 共鳴線のフラックス増加および吸収深さの変化を定量的に評価し、前方に位置する遮光体の消散とその線形視線への影響を評価する。
• 軌道位相（φ）を主要なパラメータとして用い、長期的傾向と周期的で連星駆動の現象を区別する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 前方に位置する遮光体の消散により、FUV領域で中心連星の連続スペクトルおよび風構造の直接検出が可能になったか？
• RQ2 第14近日点通過に伴い観測された高速吸収は、バッシュォックのような一時的で周期的な風同士の衝突構造に起因するものか？
• RQ3 20年間にわたる共鳴線プロファイルの変化は、主星風の長期的進化に起因するのか、それとも周囲噴出物の変化に起因するのか？
• RQ4 −600〜−1500 km s−1 の範囲に広がる一時的な吸収翼は、軌道位相に関連する繰り返し発現する特徴であるのか、それとも一回限りの出来事であるのか？
• RQ5 FUVフラックスの増加と吸収の減少は、H2および金属を含むシェルの長期的光イオン化と光解離の傾向を示唆しているか？

主な発見

• エータ・カービナエのFUVフラックスは過去20年間でほぼ10倍に増加し、リトル・ホンクルスの顕著な光イオン化と、ホンクルス内の約800本のH2線の光解離を引き起こした。
• 第14近日点通過にのみ観測された、−600〜−1500 km s−1 の範囲に広がる一時的な高速吸収翼は、風同士の衝突構造の尾部が視線方向に通過していることに一致する。
• 「ボアホール効果」——二次星の風が主星風をかき消して穴を空ける現象——は、遮光体が消散した後、FUV領域で初めて可視化された。これは第14サイクルでは確認されたが、第11サイクルでは確認されなかった。
• Si II, C II, Al II, Al III の吸収が−100〜−400 km s−1 の速度域で減少した一方、Si IVの吸収は増加した。これは噴出物におけるイオン化状態の上昇を示唆している。
• NaDの吸収成分（−146および−168 km s−1）は高イオン化状態では弱体化または消失したが、近日点での低イオン化状態に一時的に再出現した。これは周期的なイオン化モードの変化を示唆している。
• 主星風の性質に顕著な変化は検出されず、観測されたスペクトル変化は主に周囲物質の変化に起因しており、連星星自体の内在的変化とは無関係であることが示された。