[論文レビュー] Using Absorptive Linear Polarization Spectroscopy to Understand Imbedded Stars

J. R. Kuhn, Brian B. Geiss+1 more|arXiv (Cornell University)|Oct 4, 2010

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 2被引用数 3

ひとこと要約

本稿は、非対称放射場からの光学ポンプ作用によって駆動される星周囲スペクトル内の吸収的線形偏光が、埋蔵星周囲の環境の幾何構造を推定する強力な手法であることを示している。高分解能分光偏光データの分析を通じて、著者らはバルマー線における偏光プロファイルが、ディスクの方位、傾き、空間的構造を明らかにできることを示し、線形偏光の対称性に起因する180°の不確かさを伴っても、遮蔽ガスの投影像を再構成する逆問題が可能であることを示している。

ABSTRACT

Sensitive measurements of the linearly polarized spectra of stars can be used to deduce geometric properties of their otherwise unresolved circumstellar environments. This paper describes some of the evidence for optical pumping and absorptive linear polarization and explores some interesting applications of linear spectropolarimetry for obtaining spatial information from imbedded stars.

研究の動機と目的

• 埋蔵星における星の吸収線にわたる線形偏光の変動の物理的起源を理解すること。
• 散乱による偏光メカニズムとは異なり、光学ポンプ作用に起因する吸収的線形偏光を区別すること。
• 分光偏光データを用いて星周ディスクの幾何的性質を推定する手法を開発すること。
• 分光偏光データを逆問題化して、星の周囲の干渉ガスの空間分解能を持つ「画像」を再構成することを実証すること。
• 非水素的準位と水素線における偏光比を用いて、光学ポンプ作用モデルを検証すること。

提案手法

• CFHTのESPaDOnSやHaleakalaのHiVISなどの装置を用い、0.1%の精度とR > 50,000の分光分解能を持つ高分解能線形分光偏光測定を実施する。
• 放射線輸送モデルを用いて、非対称な星からの放射場に起因する原子準位の基底状態の非対称性を考慮した光学ポンプ作用の効果をシミュレートする。
• QおよびUストークスパラメータを用いて、吸収線全体にわたる偏光方位角と振幅を導出し、幾何的再構成を可能にする。
• I、Q、Uスペクトルに対する逆問題技術を用いて、光路長と偏光方向を径方向の流れまたは回転プロファイルの仮定のもとで天球面上に投影する。
• 観測された偏光プロファイルとモデル化されたディスク幾何構造を比較し、ディスクの位置角、傾き、方位を推定する。
• 散乱が不確実な非水素的準位を分析することで、光学ポンプ作用モデルを検証し、吸収的偏光が支配的であることを確認する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 埋蔵星の星の吸収線にわたる観測された線形偏光の変動は、何によって引き起こされるのか？
• RQ2 高分解能分光偏光測定において、吸収的線形偏光と散乱による偏光を区別できるか？
• RQ3 バルマー線における光学ポンプ作用が、星周ディスクの幾何構造をどの程度制限できるか？
• RQ4 高分解能分光偏光データをどのように逆問題化して、遮蔽ガスの空間的構造を再構成できるか？
• RQ5 光学ポンプ作用は、HαやHβなどの水素線の偏光プロファイルをどのように形成するか？

主な発見

• 星周スペクトルにおける吸収的線形偏光は、主に非対称放射場からの光学ポンプ作用に起因しており、散乱によるものではない。
• HαやHβなどの水素線における偏光比は、単純な光学ポンプ理論でよく再現され、このメカニズムの妥当性を支持する。
• 吸収線全体にわたる偏光方位角プロファイルから、星周ディスクの方位と傾きを推定でき、ε Aur や 51 Oph の系において一貫性が確認された。
• MWC 361では、QおよびUデータの対称性解析からディスクの位置角が約5°と特定され、拡張赤外観測と一致するが、ゼーマンドーブルイメージングの結果とは矛盾する。
• AB AurにおけるHαの高分解能分光偏光測定により、干渉ガスの投影光路長マップを再構成する逆問題が可能となり、最も強い吸収領域が明らかになった。
• 逆問題処理は、線形偏光の2重対称性に起因する180°の不確かさを伴うが、遮蔽物質の分布に関する空間分解能を持つ情報を提供する。