[論文レビュー] The symbiotic star CH Cygni. II. The broad Ly alpha emission line explained by shocks

M. Contini, R. Angeloni+1 more|ArXiv.org|Jul 9, 2008

Astro and Planetary Science参考文献 1被引用数 5

ひとこと要約

本論文は、1985年にCH Cygniで観測された異常な幅広いLyα線（4000 km s−1）が、白色矮星の爆発によって駆動される爆発波の衝撃波領域で、後方の赤色特巨星とは反対側に位置する、周囲の水素原子と衝撃波後の陽子との間の電荷移動反応に起因するものであり、衝突する風によるネビュラとは異なるものであると提唱する。モデルは、高衝撃速度の物理的メカニズムを用いて線の極めて広がった幅と強度を説明し、Lyα線は衝突する風領域とは別個の初期段階の爆発波領域から発生する。一方、光学的および紫外線線は、その後に発生する衝撃波の下流部の衝突風領域で形成される。

ABSTRACT

Context. In 1985, at the end of the active phase 1977-1986, a broad (4000 km/s) Ly alpha line appeared in the symbiotic system CH Cygni that had never been observed previously. Aims. In this work we investigate the origin of this anomalous broad Ly alpha line. Methods. We suggest a new interpretation of the broad Ly alpha based on the theory of charge transfer reactions between ambient hydrogen atoms and post-shock protons at a strong shock front. Results. We have found that the broad Ly alpha line originated from the blast wave created by the outburst, while the contemporary optical and UV lines arose from the nebula downstream of the expanding shock in the colliding wind scenario.

研究の動機と目的

• 1985年にCH Cygniで突然出現した幅広い（4000 km s−1）Lyα線を説明すること。これは標準的な衝突風モデルでは説明できない。
• 同じ活性期に観測された他の線が低い速度であるのに対し、Lyα線が極めて高い速度を示すという乖離を解明すること。
• Lyα線が光学的および紫外線線とは別個の物理的領域およびプロセスに起因する可能性を調査すること。
• 特に電荷移動を含む高衝撃速度衝撃波の物理的性質と観測されたLyαプロファイルを整合させること。
• このような幅広いLyα線が、共生連星系において形成され、持続可能となるための条件を特定すること。

提案手法

• 1982年のChevalier理論（衝撃波の進化）を、CH Cygniにおける白色矮星の爆発が周囲星間物質と相互作用する場合に適応してモデル化した。
• Heng & Sunyaev（2007）の電荷移動理論を用い、高衝撃速度（Vs ≥ 4000 km s−1）の衝撃波先端におけるLyα線形成を計算した。
• HS07のLuminosity ratio ΓLyα/Hα ≥ 10 を用い、高衝撃速度条件下で強いLyα線放射が予測されることを示した。
• 8年後の爆発後における衝撃波半径RBW ∼ 2.25 × 10¹⁷ cm（Vs = 4000 km s−1）を推定した。
• 観測された衝撃波を維持するための周囲密度n₀ ∼ 0.2 cm⁻³および総エネルギーE ∼ 1.2 × 10⁴⁶ ergを計算した。
• Lyα線放射領域（爆発波、赤色特巨星とは反対側）と衝突風ネビュラ（衝撃波の下流）を対比し、スペクトル的分離を説明した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 なぜ1985年に、以前のスペクトルにそのような特徴がなかったにもかかわらず、幅広いLyα線（4000 km s−1）が突然出現したのか？
• RQ2 他の線が低い速度を示す中で、どのような物理的メカニズムがこれほど広がったLyα線を生み出すのか？
• RQ3 Lyα線が光学的および紫外線線とは別個の衝撃波領域（おそらく初期段階の爆発波）由来である可能性はあるか？
• RQ4 衝撃波後の陽子と周囲の水素原子との間の電荷移動が、観測されたLyαの放射度およびプロファイルを説明するのに十分か？
• RQ5 観測されたLyα線を生成するための衝撃波パラメータ（速度、密度、エネルギー）は何か？また、それらは衝突風シナリオとどのように比較されるか？

主な発見

• CH Cygniにおける幅広いLyα線（1985年）は、白色矮星の爆発によって駆動される爆発波由来であり、衝突風ネビュラ由来ではない。
• Lyα線は、衝撃速度が ≥ 4000 km s−1 の衝撃波先端で、衝撃波後の陽子と周囲の水素原子との間の電荷移動反応によって生成される。
• これらの条件下でLuminosity ratio ΓLyα/Hα ≥ 10 が成立することから、観測されたLyα線の強度と広がりが説明できる。
• 1977年の爆発から約8年後の衝撃波半径はRBW ∼ 2.25 × 10¹⁷ cmに達しており、1985年の観測と整合的である。
• 周囲密度はn₀ ∼ 0.2 cm⁻³、爆発の全エネルギーはE ∼ 1.2 × 10⁴⁶ ergと推定される。
• 衝撃波の下流部では温度が ∼2.94 × 10⁹ K に達し、近似ガンマ線領域（約250 keV）での放射が可能であるが、視線方向の遮蔽および当時の速度低下のため観測されていない。