[論文レビュー] The ISM Interactions of a Runaway LBV Nebula in the LMC

Charles Danforth, You‐Hua Chu|CERN Bulletin|Mar 27, 2001

Stellar, planetary, and galactic studies被引用数 11

ひとこと要約

本研究は、大マゼラン雲（LMC）における超光度青変星候補S119が、LMCの星間物質（ISM）を約160 km s⁻¹の高速度で移動するランナースターであることを確認した。その高速運動により、前方にバッシュォック（bowshock）が形成されている。ハッブル宇宙望遠鏡（HST）の高分解能画像とエシェル分光法により、25 km s⁻¹で膨張するネビュラが観測され、その明るさはブルー・シフト側で3.3倍明るく、星間物質との強い相互作用を示している。FUSEデータは、250–300 km s⁻¹の速度でLMCのISMが吸収線として確認されており、異常な径速度にもかかわらずS119がLMCに所属していることを解消した。

ABSTRACT

New observations of the Magellanic Cloud Luminous Blue Variable candidate S119 (HD269687) show the relationship of the star to its environs. Echelle spectroscopy and high-resolution HST imagery reveal an expanding bubble centered on the star. This bubble appears in both Halpha and [NII] and is noticeably brighter on the near (blue-shifted) side. The systemic velocity of both the expanding bubble and the star itself (as seen by the very broad Halpha emission feature in the stellar spectrum) is V_hel=160 km/s whereas the velocity of the superposed LMC ISM is 250-300 km/s. ISM absorption features seen in FUSE spectra reveal components at both stellar and LMC velocities. Thus we conclude that S119 is located within the LMC ISM and that the bubble is interacting strongly with the ISM in a bow shock.

研究の動機と目的

• 大マゼラン雲（LMC）における超光度青変星候補S119とその周囲の星間物質（ISM）との動的関係を特定すること。
• LMCの系統的径速度（250–300 km s⁻¹）と比較して、S119の径速度が約160 km s⁻¹ブルー・シフトしているという事実にもかかわらず、そのLMC所属を解明すること。
• S119周囲のネビュラの運動学的性質と形状を調査し、それが恒星の内因的噴出物であるのか、それとも周囲ISMとの相互作用によるものであるのかを特定すること。
• 高分解能分光法と画像法を用いて、S119の視線方向にLMCのISMが存在するかを特定し、そのガスの性質（イオン化、中性、分子）を評価すること。

提案手法

• CTIO 4メートル望遠鏡を用いたHαおよび[N II]線の高分解能エシェル分光法（分解能12 km s⁻¹）を実施し、ネビュラ発光の膨張速度と非対称性を測定した。
• FUSEミッションを用いた高分散遠紫外分光法により、O I、Fe II、C I、およびH₂の吸収線を検出し、S119への視線方向に存在するイオン化ガスおよび冷たい中性ガスを調査した。
• 4枚のHST/WFPC2 F656N（Hα）画像を合成し、高空間分解能（0.049″/ピクセル）を達成し、ネビュラの形状をサブアーキ秒の分解能でマッピングした。
• ネビュラ発光特徴とISM吸収成分との空間的および速度的相関を分析し、星とISMの三次元的構造と相対運動を推定した。
• ネビュラの膨張速度（25 km s⁻¹）と星およびLMC ISMの系統的径速度を比較し、動的相互作用を推察した。
• ネビュラの形状的非対称性（明るく鋭い北東縁と、発光が弱い尾部）を用いて、運動方向とバッシュォック形成を推定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 S119の径速度がLMCの系統的径速度（250–300 km s⁻¹）から約100 km s⁻¹ブルー・シフトしているにもかかわらず、LMCのメンバーであると見なせるか？
• RQ2 S119を取り巻くネビュラの真の性質は何か？ これは恒星の内因的噴出物によるものか、それとも周囲ISMとの相互作用によるものか？
• RQ3 S119への視線方向に、検出可能なLMC ISM成分が存在するか？ その場合、そのイオン化状態および温度構造は何か？
• RQ4 膨張するネビュラ、星、および周囲ISMとの運動学的関係は何か？ これはバッシュォックモデルを支持するか？
• RQ5 なぜネビュラはブルー・シフト側（近距離側）が明るいか？ これはシステムの幾何学的および力学的性質に何を示唆するか？

主な発見

• S119のネビュラは、直径7.2″ × 7.8″（LMC距離で1.8 × 2.0 pc）であり、膨張速度は25 km s⁻¹で、従来の地上望遠鏡測定と整合的である。
• Hαおよび[N II]線の両方において、ブルー・シフト側（近距離側）のネビュラ殻が赤方偏移側（遠距離側）より3.3倍明るく、ISMとの相互作用による可能性の高い非対称発光を示している。
• FUSE分光法により、LMCの速度（250–300 km s⁻¹）で観測された低イオン化吸収線（O I、Fe II）が確認され、S119がLMC ISM内に位置していることを確認した。
• LMC速度でのNa I、C I、またはH₂の吸収が顕著に欠落していることから、視線方向のISMは冷たい中性ガスよりも温かいから熱いイオン化ガスが支配的であることが示唆された。
• ネビュラの西縁から西に延びる明るい発光の尾部が、ネビュラ速度と一致しており、減速したネビュラ物質が星の後方で尾を形成していることを示唆し、バッシュォックモデルを支持した。
• 星の径速度（約160 km s⁻¹）、非対称ネビュラ形状、およびISM吸収の組み合わせから、S119がLMC ISMを100 km s⁻¹以上の速度で北東方向に移動するランナースターであると結論づけた。