[論文レビュー] The dust content of planetary nebulae: a reappraisal

G. Stasińska, R. Szczerba|ArXiv.org|Nov 2, 1999

Stellar, planetary, and galactic studies被引用数 5

ひとこと要約

本稿は、赤外線全天探索衛星（IRAS）のバンド幅データと広範な電離モデルを用いて、惑星状星雲におけるダストの含有量を再評価し、従来の仮定に疑問を呈する。過去の研究で示されたダストとガスの質量比の時間的低下傾向には根拠がなく、これは分析手法に起因する誤差であると判明し、ダスト粒子が惑星状星雲の寿命よりも長く存続することが示された。

ABSTRACT

We have performed a statistical analysis using broad band IRAS data on about 500 planetary nebulae with the aim of characterizing their dust content. Our approach is different from previous studies in that it uses an extensive grid of photoionization models to test the methods for deriving the dust temperature, the dust-to-gas mass ratio and the average grain size. In addition, we use only distance independent diagrams. With our models, we show the effect of contamination by atomic lines in the broad band IRAS fluxes during planetary nebula evolution. We find that planetary nebulae with very different dust-to-gas mass ratios exist, so that the dust content is a primordial parameter for the interpretation of far infrared data of planetary nebulae. In contrast with previous studies, we find no evidence for a decrease in the dust-to-gas mass ratio as the planetary nebulae evolve. We also show that the decrease in grain size advocated by Natta and Panagia (1981, ApJ 248,189) and Lenzuni et al. (1989, ApJ 345, 306) is an artefact of their method of analysis. Our results suggest that the timescale for destruction of dust grains in planetary nebulae is larger than their lifetime. Footnote: Table 1 is also accessible in electronic form at the CDS via anonymous ftp to cdsarc.u-strasbg.fr (130.79.128.5) or via http://cdsweb.u-strasbg.fr/Abstract.html

研究の動機と目的

• 更新された観測手法およびモデル化手法を用いて、惑星状星雲におけるダスト含有量を再評価すること。
• 惑星状星雲の進化に伴いダストとガスの質量比が低下するという、従来の研究で報告された不一致を解消すること。
• 原子線放出線による汚染を考慮した上で、バンド幅IRASフラックスがダスト特性をどのように導出できるかを評価すること。
• 粒子サイズの進化が物理的現象であるのか、分析手法に起因する誤差であるのかを特定すること。
• 従来の研究で示唆されたように、ダスト粒子の破壊 timescale が惑星状星雲の寿命よりも短いかどうかを検証すること。

提案手法

• 惑星状星雲内の物理的状態を模擬する包括的な電離モデルのグリッドを用いた。
• 距離に依存しないカラーマップおよびカラーマグニチュード図を用いて、距離推定の不確実性によるバイアスを回避した。
• 合成モデルを用いて、ダスト温度、ダストとガスの質量比、粒子サイズの導出手法の正確性を検証した。
• ネビュラの進化に伴う原子線の汚染がIRASバンド幅フラックスに与える影響を定量化した。
• 従来の研究（例：Natta & Panagia, 1981; Lenzuni et al., 1989）の結果と、自らのモデルベースの手法の結果を比較した。
• IRASデータから得た約500個の惑星状星雲のサンプルを統計解析し、信頼性の高いダスト特性のトレンドを導出した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 惑星状星雲におけるダストとガスの質量比は、進化段階が進むにつれて減少するのだろうか？（従来の主張とは対照的に）
• RQ2 IRASバンドにおける原子線放出が、フラックス測定にどの程度汚染を及ぼし、ダスト特性の推定にバイアスをもたらすのか？
• RQ3 時間経過に伴い粒子サイズが減少するという観測結果は、物理的現象であるのか、分析手法に起因する誤差なのか？
• RQ4 モデルベースの手法と経験的フィッティング手法を用いた場合、得られるダスト特性にどのような差が生じるのか？
• RQ5 従来の仮定とは異なり、惑星状星雲内でのダスト粒子の寿命が、ネビュラの寿命よりも短いかどうか？

主な発見

• ネビュラの進化段階が進んでも、ダストとガスの質量比の有意な低下は認められず、これは従来の研究とは対照的であった。
• Natta & Panagia (1981) や Lenzuni et al. (1989) が報告した粒子サイズの低下傾向は、分析手法に起因する誤差であり、物理的トレンドではないことが示された。
• IRASバンド幅における原子線の汚染は、フラックス測定に顕著な影響を与え、正確なダスト特性の導出には補正が必要である。
• 惑星状星雲内でのダストの破壊 timescale は、通常のネビュラ寿命よりも長く、ダストがネビュラの進化全般にわたって安定していることを示唆している。
• 惑星状星雲におけるダスト含有量は、進化段階に依存するのではなく、初期条件に支配される初期パラメータである。
• 電離モデルを用いることで、経験的手法に比べてダスト温度、ダストとガスの質量比、粒子サイズの推定精度が向上することが明らかになった。