[論文レビュー] ISOCAM spectro-imaging of the H2 rotational lines in the supernova remnant IC443

D. Cesarsky, P. Cox+4 more|arXiv (Cornell University)|Jun 24, 1999

Ionosphere and magnetosphere dynamics参考文献 1被引用数 9

ひとこと要約

本研究では、超新星残骸IC443の西部リッジにおける分子水素（H2）の回転準位線のISOCAM分光画像観測を報告する。5–14 μmの波長域でS(2)からS(8)までの強いH2発光線が検出され、発光度は10⁻⁴から10⁻³ erg s⁻¹ cm⁻² sr⁻¹の範囲にある。データは、30 km s⁻¹の衝撃速度と10⁴ cm⁻³の衝撃前密度を有する時間に依存する衝撃モデルによってよく再現され、衝撃年齢は1,000〜2,000年である。

ABSTRACT

We report spectro-imaging observations of the bright western ridge of the supernova remnant IC 443 obtained with the ISOCAM circular variable filter (CVF) on board the Infrared Space Observatory (ISO). This ridge corresponds to a location where the interaction between the blast wave of the supernova and ambient molecular gas is amongst the strongest. The CVF data show that the 5 to 14 micron spectrum is dominated by the pure rotational lines of molecular hydrogen (v = 0--0, S(2) to S(8) transitions). At all positions along the ridge, the H2 rotational lines are very strong with typical line fluxes of 10^{-4} to 10^{-3} erg/sec/cm2/sr. We compare the data to a new time-dependent shock model; the rotational line fluxes in IC 443 are reproduced within factors of 2 for evolutionary times between 1,000 and 2,000 years with a shock velocity of 30 km/sec and a pre-shock density of 10^4 /cm3.

研究の動機と目的

• 超新星残骸IC443の衝撃加熱領域における分子水素の励起状態を調査すること。
• 残骸の西部リッジにおけるH2発光を支配する物理的パラメータ（衝撃速度、密度、年齢）を特定すること。
• 観測されたH2線発光度が時間に依存する衝撃モデルと整合するかを検証すること。
• 分子ガスにおけるH2の純粋な回転遷移を励起する衝撃加熱の役割を理解すること。

提案手法

• 赤外宇宙望遠鏡（ISO）搭載のISOCAMの可変フィルタ（CVF）を用いて、5–14 μmの波長域で空間分解能を有する分光画像観測を実施した。
• IC443の西部リッジに広がる純粋な回転H2準位線（S(2)からS(8)）の発光度を測定した。
• 新たに開発された時間に依存する衝撃モデルと観測値を比較し、衝撃パラメータを推定した。
• 衝撃速度（30 km s⁻¹）、衝撃前密度（10⁴ cm⁻³）、および衝撃年齢（1,000–2,000年）を変化させ、モデルの適合度を評価した。
• 放射線輸送および冷却計算を用いて、異なる衝撃条件下でのH2線発光を予測した。
• 予測された線発光度比および絶対発光度と観測値を比較することで、モデルの性能を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 IC443の西部リッジで観測された主なH2回転準位遷移は何か。その発光度はどの程度か？
• RQ2 観測されたH2線発光度を最もよく再現する衝撃パラメータ（速度、密度、年齢）は何か？
• RQ3 時間に依存する衝撃モデルは、この領域での観測されたH2発光とどの程度一致するか？
• RQ4 観測されたH2回転準位線発光を引き起こす励起機構は何か？
• RQ5 H2線診断に基づくと、IC443における衝撃の進化段階はどのようになるか？

主な発見

• IC443の西部リッジの5–14 μmスペクトルは、主に純粋な回転H2準位線（v = 0–0, S(2)からS(8)）で支配されている。
• H2線発光度は10⁻⁴から10⁻³ erg s⁻¹ cm⁻² sr⁻¹の範囲にあり、衝撃領域における強い励起を示している。
• 30 km s⁻¹の衝撃速度と10⁴ cm⁻³の衝撃前密度が、観測されたH2発光度を2倍以内に再現している。
• 時間に依存するモデルにおいて、衝撃年齢が1,000〜2,000年の範囲が観測された線発光度と最も一致している。
• 観測とモデルの一致は、分子ガス中にC衝撃または類似した衝撃構造が存在するという解釈を支持している。
• 空間分解能を有する分光画像観測により、H2発光が密度の高い分子雲と強い衝撃相互作用を示す領域で最も強いことが確認された。