[논문 리뷰] An optical absorption study of the Helix Planetary Nebula: NaI and CaII lines, and a search for diffuse bands

N. Mauron, T. R. Kendall|ArXiv.org|2004. 09. 01.

Astrophysics and Star Formation Studies참고 문헌 36인용 수 3

한 줄 요약

이 연구는 헬릭스 행 星간 성운(NGC 7293)의 은하주위 환경에서 산란대(DIB) 흡수를 탐색하기 위해 배경 별 8개에 대한 고해상도 VLT/UVES 스펙트로스코피를 수행한다. 두 선로에서 은하주위 기원으로 일관되는 강한 Na I 흡수를 관측했지만, DIB는 발견되지 않아 이 탄소 농도가 높은 성운의 중성 기체에서는 DIB 수송체가 풍부하지 않음을 시사한다.

ABSTRACT

We present the results of an optical absorption study of NGC 7293, the Helix planetary nebula (PN), designed to search for diffuse band (DIB) absorptions perhaps arising in the carbon-rich circumstellar matter of the PN. We made high resolution spectra of 8 stars located close to and behind the Helix. Through a detailed analysis of the NaI and CaII lines, we find that two lines of sight situated close to the PN as mapped in CO and HI exhibit very strong NaI absorption. This absorption is due to the PN neutral or molecular material. No corresponding CaII line is observed in agreement with the very high Ca depletion often observed in PNs. No trace of any DIB features was found in these two circumstellar lines of sight (shortened abstract).

연구 동기 및 목표

• 탄소 농도가 높은 헬릭스 행성 성운(NGC 7293)의 은하주위 대기에서 산란대(DIB) 흡수를 탐색하기 위해.
• 특히 탄소 농도가 높은 지역에서 행성 성운의 중성 또는 분자 기체에 DIB 수송체가 존재하는지 확인하기 위해.
• 배경 별을 이용해 은하주위 흡수를 간섭 및 별의 대기 특성과 분리하여 관측하기 위해.
• 성운 전역의 다수 선로를 관측하여 산란대의 공간 비균일성을 조사하기 위해.
• 탄소 농도가 높은 환경을 지닌 행성 성운이 DIB 수송체 형성의 장소일 가능성 평가하기 위해.

제안 방법

• 헬릭스 행성 성운의 중심에 가까이 위치하고 있으며 그 뒤에 있는 8개의 배경 별에 대해 VLT/UVES 기구를 이용한 고해상도(R ≈ 50,000) 가시광선 스펙트로스코피를 수행하였다.
• UBV 및 2MASS 광도 측정을 기반으로 별의 스펙트럼 유형(주로 F-G 주계열 별)과 거리(200–1500 pc)를 추정하였으며, 그 중 몇몇은 성운을 훨씬 뒤에 위치한 것으로 확인되었다(210 pc).
• 스펙트럼 분석은 주로 Na I D1 및 D2 선과 Ca II K 선에 집중되었으며, Ca II가 성운에서 강하게 탈리기 때문에 은하간 매질(ISM) 흡수와 은하주위 흡수를 구별하는 데 활용되었다.
• Na I 및 Ca II 선의 등가폭을 측정하고, 지역의 흡수도 지도와 세 개의 밝은 별에서의 IS 선 데이터를 기반으로 유도된 예상 ISM 기여도와 비교하였다.
• 기존에 알려진 파장(예: λ5780, λ6614)에서 산란대(DIB) 특징을 탐색하였으며, 신호 대 잡음비와 스펙트럼 해상도를 기반으로 등가폭에 대한 상한선을 설정하였다.
• 강한 Na I 흡수에서 Ca II K 흡수가 부재한 것은 Ca의 강한 탈리기 특성과 일치하여, 이 흡수가 성운의 은하주위 기체에서 기인한 것임을 지지한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 탄소 농도가 높은 헬릭스 행성 성운의 은하주위 환경에서 산란대(DIB)가 탐지 가능한가?
• RQ2 두 선로에서 관측된 강한 Na I 흡수의 기원은 은하간 매질인지 성운의 은하주위 물질인가?
• RQ3 특히 탄소 농도가 높은 지역에서 행성 성운의 중성 또는 분자 기체에 DIB 수송체가 존재하는 증거가 있는가?
• RQ4 행성 성운의 비균일한 구조가 DIB 탐지 가능성에 영향을 미치는가? 다중 선로 관측이 감도를 향상시키는가?
• RQ5 강한 Na I 흡수에서 Ca II K 흡수가 부재한 것은 행성 성운에서 은하주위 기원을 진단하는 데 사용될 수 있는가?

주요 결과

• 두 선로(표적 #4 및 #5)에서 등가폭이 1000 mÅ 이상인 강한 Na I D2 흡수를 관측하였으며, 이는 예상되는 ISM 기여도(~200 mÅ)보다 훨씬 높다.
• 이 두 선로에서 Ca II K 흡수가 부재한 것은 Ca의 강한 탈리기 특성과 일치하여 Na I 흡수가 성운의 은하주위 기체에서 기인한 것으로 지지된다.
• 모든 8개의 선로에서 산란대 특징을 탐지하지 못했으며, 특히 강한 은하주위 선로에서도 마찬가지였고, λ6614에 대한 DIB 등가폭 상한선은 5–20 mÅ이었다.
• 고도가 높은 천구위도(b = -57°)에서 강한 Na I 흡수가 관측된 것은 ISM 기원과 부합하지 않으며, 이는 ISM 기여도가 낮기 때문이다.
• 탄소 농도가 높은 환경임에도 불구하고 DIB 탐지 실패는 이 은하주위 영역에서 DIB 수송체가 풍부하게 형성되지 않는다는 것을 시사한다.
• 은하주위 선로는 C2 및 CN과 같은 분자 종을 라디오 파장에서 관측할 수 없는 곳에서 탐지할 수 있는 새로운 기회를 열어주며, 성운의 총 수소 기체 기둥 밀도를 조사하는 데에도 기여한다.