[논문 리뷰] A lambda 3mm and 1mm line survey toward the yellow hypergiant IRC +10420

G. Quintana-Lacaci, M. Agúndez외 5명|arXiv (Cornell University)|2016. 05. 30.

Astrophysics and Star Formation Studies참고 문헌 36인용 수 13

한 줄 요약

이 연구는 IRAM 30m 망원경을 사용하여 황색 초거성성성성성 IRC +10420의 1 mm 및 3 mm 선 스캐닝을 수행하여 22개의 분자 종류를 검출하였으며, 질소를 함유한 분자들이 뚜렷하게 증가되어 있음을 확인하였다. 약 3,800년 동안 12C/13C 비율이 약 7에서 약 3.7로 감소하고, 질소가 풍부한 화학 반응이 활발히 일어나는 것으로 나타나, 다량의 별에서의 활성적인 핫본드 번닝이 확인되었으며, 이는 다량의 별에서 질소 농축이 일어나고 있음을 뒷받침한다.

ABSTRACT

Our knowledge of the chemical properties of the circumstellar ejecta of the most massive evolved stars is particularly poor. We aim to study the chemical characteristics of the prototypical yellow hypergiant star, IRC +10420. For this purpose, we obtained full line surveys at 1 and 3mm atmospheric windows. We have identified 106 molecular emission lines from 22 molecular species. Approximately half of the molecules detected are N-bearing species, in particular HCN, HNC, CN, NO, NS, PN, and N2H+. We used rotational diagrams to derive the density and rotational temperature of the different molecular species detected. We introduced an iterative method that allows us to take moderate line opacities into account. We have found that IRC +10420 presents high abundances of the N-bearing molecules compared with O-rich evolved stars. This result supports the presence of a N-rich chemistry, expected for massive stars. Our analysis also suggests a decrease of the 12C/13C ratio from \gtrsim 7 to \sim 3.7 in the last 3800 years, which can be directly related to the nitrogen enrichment observed. In addition, we found that SiO emission presents a significant intensity decrease for high-J lines when compared with older observations. Radiative transfer modeling shows that this variation can be explained by a decrease in the infrared (IR) flux of the dust. The origin of this decrease might be an expansion of the dust shell or a lower stellar temperature due to the pulsation of the star.

연구 동기 및 목표

• IRC +10420의 별주변 환경의 화학 조성을 조사한다.
• 다량의 별에서 진화한 별의 별주변 분출물의 화학적 성질에 대한 지식의 부족을 보완한다.
• 핵합성 과정, 예를 들어 핫본드 번닝을 탐색하기 위해 동위원소 비율과 분자 농도를 결정한다.
• SiO 및 기타 분자 선의 변화를 분석하여-dust 온도와 별의 복사원의 변화를 추론한다.
• 선 강도 변화 추세와 먼지 복사율 변화를 분석하여 IRC +10420의 진화 상태를 평가한다.

제안 방법

• IRAM 30m 망원경을 사용하여 1 mm 및 3 mm 대기 창문 영역에서 전체 스펙트럼 선 스캐닝을 수행하였다.
• HCN, HNC, CN, N2H+, SiO 등을 포함한 22개의 분자 종류에서 106개의 방출선을 확인하였다.
• 중간 정도의 선 투과율을 고려하기 위해 반복적 방법을 사용한 회전도표 분석을 적용하였다.
• 고J SiO 선 강도의 변화를 해석하기 위해 복사전달 모델링을 사용하였다.
• 관측된 선 강도를 이전 관측 결과와 비교하여 분자 방출의 시간적 변화를 탐지하였다.
• CO 및 HNC 선에서 12C/13C 비율을 추정하였으며, 투과율 영향을 보정하여 동위원소 진화를 추론하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 IRC +10420의 별주변 환경의 분자 조성, 특히 질소 함유 종류의 특성은 무엇인가?
• RQ2 CO 및 HNC에서 유도된 12C/13C 비율은 어떻게 다를 수 있으며, 이는 환경 내 화학 과정에 어떤 함의를 갖는가?
• RQ3 이전 관측 결과와 비교해 볼 때 고J SiO 선 강도가 감소한 원인은 무엇인가?
• RQ4 SiO 선 강도의 감소는 적외선 먼지 복사율 감소와 관련이 있는가? 이는 별의 진화 상태에 대해 어떤 함의를 갖는가?
• RQ5 관측된 분자 농도와 동위원소 비율은 다량의 별에서의 핫본드 번닝에 의해 설명될 수 있는가?

주요 결과

• 22개의 분자 종류가 검출되었으며, 그 중 약 절반은 질소 함유 종류이며, HCN, HNC, CN, N2H+, PN 등 높은 농도를 보였다.
• N2H+의 농도는 기존에 관측된 별 중에서 두 번째로 높은 것으로 측정되어 질소가 풍부한 화학 반응이 활발히 일어나고 있음을 시사한다.
• 최근 3,800년 동안 12C/13C 비율이 약 7에서 약 3.7로 감소하였으며, 이는 피팅 오차로 인한 것이 아닌 진정한 동위원소 이동이다.
• 감소하는 12C/13C 비율은 다량의 별에서 12C를 14N으로 전환시키는 핫본드 번닝과 일치한다.
• 고J SiO 선 강도는 이전 관측 결과보다 뚜렷하게 낮아졌지만, 저J 선은 변화가 미미하였다.
• SiO 선 강도 감소는 최근 별의 적외선 복사율 감소로 인한 것으로 보이며, 이는 먼지 껍질의 팽창 또는 진동에 의한 별의 온도 감소 때문일 수 있다.