[論文レビュー] Physical conditions derived from OII recombination lines in planetary nebulae and their implications

Antonio Peimbert, M. Peimbert+3 more|Redalyc (Universidad Autónoma del Estado de México)|Aug 20, 2014

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 2被引用数 7

ひとこと要約

本研究では、20個の惑星状星雲における酸素II級再結合線（特にV1多重項）の高分解能観測を用い、電子密度および温度を導出し、O II線が高密度・低温のクラウドではなく低密度領域に起因することを明らかにした。これらの結果は、金属量が多く高密度な内包物を仮定するモデルを挑戦し、化学的均一性を支持するとともに、観測された温度変動の原因として衝撃波の存在を示唆する。

ABSTRACT

Based on high quality observations of multiplet V1 of OII and the NLTE atomic computations for OII we study the density and temperature of a sample of PNe. We find that, in general, the densities derived from recombination lines of OII are similar than the densities derived from forbidden lines. This implies that the signature for oxygen rich clumps of high density and low temperature is absent in most of the objects of our sample. Electron pressures derived from the hotter zones are similar or slightly larger than those derived from the colder zones, suggesting the presence of shock waves. The average temperatures and t2 values derived from H, He and O lines are similar and consistent with chemical homogeneity. These results suggest that the abundances of these objects are the ones derived from recombination lines.

研究の動機と目的

• O II再結合線（V1多重項）を用いて、冷たく密度の高い領域に敏感な惑星状星雲内の電子密度および温度を特定すること。
• 金属量が多く高密度なクラウドが低密度で高温の媒体に埋め込まれていると仮定する二重組成モデルの妥当性を検証すること。
• 観測されたO II線比が光電離モデルに一致するか、あるいは衝撃波などの追加エネルギー源を要するかを評価すること。
• H、He、Oの線からの温度および密度の決定が一貫しているかを評価し、化学的均一性を推察すること。
• 再結合線（RL）と衝突励起線（CL）の診断法を比較することで、元素組成の不一致問題を解消すること。

提案手法

• 20個の惑星状星雲におけるO II V1多重項（4つの上準位からなる8本の線）の高スペクトル分解能および高信雑比観測を用い、物理的状態を導出した。
• V1多重項の密度依存的準位分布をモデル化するため、O IIの非局所熱平衡（non-LTE）原子計算を適用した。特に、臨界波長λ4649の線に注目した。
• 電子密度は、上準位の衝突的消滅に敏感な比 I(4649)/I(4638+4651+4662) から導出した。
• 電子温度はV1/F1線比（T_e(V1/F1) ≈ 7610 K）から推定し、He IIおよびO III線からの温度と比較した。
• 電子温度の分散（t²パラメータ）は、O IIおよびHe I線から計算し、熱的不均一性を評価した。
• 再結合線（RL）と衝突励起線（CL）を発する領域における電子圧を比較することで、衝撃波の寄与を推察した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 惑星状星雲におけるO II再結合線は、一部の二重組成モデルが予測するように、高密度・低温のクラウドに起因するのか？
• RQ2 O II再結合線から導かれた電子密度は、[Cl III]禁制線から得られた密度と整合的か？
• RQ3 O II線における観測された温度分散（t²）は、標準的光電離モデルの予測と整合的か？
• RQ4 観測されたO II線比は、再結合線（RL）と衝突励起線（CL）の診断法の不一致を説明するため、衝撃波の存在を要するのか？
• RQ5 H、He、Oの線からの一貫した温度および密度の決定から、物理的媒体は化学的に均一であると考えられるか？

主な発見

• 調査した20個の惑星状星雲のうち16個では、O II再結合線が低密度領域に起因しており、大多数のケースで高密度・低温・金属量の高いクラウドの存在を排除した。
• O II V1線から導かれた電子密度（n_e ≈ 2200 cm⁻³、誤差を含む）は、[Cl III]禁制線から得られた密度と整合的であり、発光体積が類似していることを示した。
• O II V1線からの平均電子温度（7610 K）は、He IIおよびO III線からの温度（8030 K）と類似しており、化学的均一性を支持する。
• O IIのt²値（平均0.045）は、光電離モデルの予測（t² < 0.012）よりも顕著に高く、光電離以外の加熱源が存在することを示唆した。
• CL（例：[O III]）からの電子圧は、RL（例：O II）からのものと同等またはわずかに高いことが判明し、観測された温度変動の原因として衝撃波が関与している可能性を示唆した。
• 低密度星雲では、CLとRLの電子圧比が1に近づく傾向にあり、年齢に伴う進化により衝撃効果が低下している可能性がある。