[論文レビュー] Spectroscopy of southern Galactic disk planetary nebulae. Notes on chemical composition and emission-line stars

S. K. Górny|Jun 4, 2014

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 31被引用数 8

ひとこと要約

本研究では、銀河中心距離5–10 kpcの53個の南銀河平面円盤領域に位置する惑星状星雲（PNe）の低分解能分光観測を行い、経験的手法を用いて星雲の化学成分とプラズマパラメータを導出している。6つの新規発光線中心星（WEL、VL、および[WR]型を含む）を報告し、それらの進化的独立性を確認した。酸素/水素比（O/H）の結果は、銀河の内側円盤部における化学的勾配の平坦化を支持しており、バルジおよび内側円盤領域のPNeサンプルと比較してヘリウム/水素（He/H）およびネオン/アルゴン（Ne/Ar）比に差異が生じる可能性があることが示唆された。

ABSTRACT

We present low resolution spectroscopic observations for a sample of 53 planetary nebulae (PNe) located in the southern sky between Vela and Norma constellations and pertaining to the Galactic disk with expected Galactocentric distance range of 5 to 10 kpc. We derive nebular chemical composition and plasma parameters with the classical empirical method. For most of the observed objects, this has been done for the first time. The distributions of the chemical abundances of the observed disk sample are generally indistinguishable from Galactic bulge and inner-disk PNe populations. The exceptions are possible differences in the He/H distribution, as compared to bulge PNe and Ne/Ar, compared to inner-disk PNe sample. The derived O/H ratios for the observed disk PNe fit to the concept of flattening of the chemical gradient in the inner parts of the Milky Way. We use the spectra to search for emission-line central stars in the observed sample. We found 6 new emission-line central stars comprising examples of all known types: WEL, VL and [WR]. We confirm that these types represent three evolutionary unconnected forms of enhanced mass-loss in the central stars of PNe. We note on the problem of high ionisation PNe with nebular CIV emission that can mimic the presence of WEL central stars in 1D spectra.

研究の動機と目的

• 銀河惑星状星雲（PN）研究における観測選択バイアスを低減するため、銀河中心距離5–10 kpcの南天の53個のPNeを観測すること。
• 古典的経験的手法を用いて、これらのPNeの星雲化学成分とプラズマパラメータを導出し、多数の対象に対しては初めての分析を提供すること。
• 本サンプル内の発光線中心星を特定・分類すること、特にWEL、VL、[WR]型のような希少なタイプに注目すること。
• 銀河バルジおよび内側円盤領域のPNeと比較して、円盤領域PNeの化学組成と化学的進化パターン、および成分勾配を評価すること。

提案手法

• 53個のPNeは南アフリカ天文台で低分解能の光学分光観測が行われた。
• 衝突励起線（CELs）および再結合線に基づく経験的手法を用いて、電子温度（Te）と電子密度（ne）を診断線比（[O III] λ4363/λ5007および[S II] λ6717/λ6731）から推定した。
• 星雲化学成分（He/H、N/H、O/H、Ne/H、S/H、Ar/H、Cl/H）は、衝突励起線（CELs）および再結合線に基づく経験的手法を用いて導出された。
• 分光解析を用いて発光線中心星を検出・分類し、特にWEL、VL、[WR]型に注目した。
• 観測された成分分布を、既存の銀河バルジおよび内側円盤領域PNeのデータと比較して、化学的勾配および進化傾向を評価した。
• 高イオン化PNeにおけるC IV発光が、1次元スペクトルでWEL型中心星の特徴を模倣する可能性を評価し、誤分類を避けるための注意を払った。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 南銀河平面円盤領域PNe（5–10 kpc）の星雲化学成分は、銀河バルジおよび内側円盤領域PNeと比較してどのように異なるか？
• RQ2 このサンプルにおける発光線中心星の分布はどのようなものか？また、それらは異なる進化経路を示しているか？
• RQ3 観測されたO/H比は、銀河の内側領域における酸素成分勾配の平坦化を支持するか？
• RQ4 高イオン化PNeにおけるC IV発光は、1次元分光法でWEL型中心星のスペクトル特徴を模倣する可能性があるか？
• RQ5 バルジまたは内側円盤領域のPNeと比較して、円盤領域PNeのHe/HおよびNe/Ar比に測定可能な差異があるか？

主な発見

• 観測された円盤領域PNeのO/H比は、銀河の内側領域における化学的勾配の平坦化を支持しており、中心部における金属量変動の低減という考えを裏付けている。
• 円盤サンプルのHe/H分布は、銀河バルジPNeと比較して差異を示す可能性があり、別個の重元素増幅歴または選択バイアスの可能性を示唆している。
• 円盤領域PNeのNe/Ar比は、内側円盤サンプルとは異なるため、核合成生成物のばらつきや観測バイアスの可能性があることを示している。
• 6つの新規発光線中心星が同定され、WEL、VL、[WR]型のすべての既知のタイプが含まれており、それらの進化的独立性が確認された。
• 高イオン化PNeにおけるC IV発光は、1次元スペクトルでWEL型特徴を模倣する可能性があり、注意深く検討されない限り誤分類のリスクがある。
• 多数のPNeについて、化学成分が初めて報告されたため、銀河PNeの化学成分データベースの完成度が向上した。