[논문 리뷰] CO band emission from MWC349: I. First overtone bands from a disk or from a wind?

M. Kraus, E. Kruegel외 2명|arXiv (Cornell University)|2000. 08. 15.

Astrophysics and Star Formation Studies인용 수 5

한 줄 요약

이 연구는 B[e]-은성 MWC 349에서 첫 번째 옹호선 CO 밴드 발광의 기원을 분석하여 저해상도 및 고해상도 근적외선 스펙트럼을 이용해 조사한다. 두 가지 주요 시나리오를 제안한다: 가우시안 선형형을 가진 바람에서 오는 발광 또는 중심 돌출부가 존재해 가까운 쪽에서의 발광을 차단하고 낮은 속도의 발광만 관측 가능하게 하는 회전하는 디스크에서 오는 발광이다. 최적의 피팅 모델은 CO 기체 온도 3500–4000 K, 열량 밀도 ~5×10²⁰ cm⁻², 운동학적 넓이 50–60 km/s를 나타내며, 바람 모델과 디스크 모델 모두 관측 데이터에 동일하게 잘 맞는다.

ABSTRACT

We observed the near infrared emission in the wavelength range 2.28-2.50 micron from the peculiar B[e]-star MWC349. The spectra contain besides the strong IR continuum the first overtone CO bands and most of the hydrogen recombination lines of the Pfund series, both in emission. We also modeled the spectra. The Pfund lines have a gaussian profile with a FWHM of ~100 km/s, and it turned out that their emission is in LTE and optically thin. To explain the CO bands, several scenarios were investigated. We found that the CO band heads are formed under LTE and that the gas must have a temperature of 3500 to 4000 K. The width of the 2 -> 0 band head indicates kinematical broadening of 50 to 60 km/s. We can obtain fits to the measured spectra assuming that the CO gas has a column density of 5 10^{20} cm^{-2} and is located either at the inner edge of the rotating circumstellar disk. In this case, the disk must have a bulge which partly blocks the radiation so that the observer sees only a sector on the far side where the radial velocities are small. Or the CO emission originates in a wind with gaussian line profiles. Both fits are of equal quality and satisfactory. In a third alternative where the fit is less convincing, the CO emission is optically thin and comes from an extended Keplerian disk.

연구 동기 및 목표

• B[e]-은성 MWC 349에서 첫 번째 옹호선 CO 밴드 발광의 기원을 규명하고, 디스크와 바람 시나리오를 구분한다.
• 관측된 근적외선 스펙트럼, CO 밴드 및 Pfund 계수 수소 재결합선을 모델링하여 발광 기체의 물리적 조건을 제약한다.
• 관측된 선형형과 밴드 형상이 킬러프 운동을 하는 디스크에서의 것인지, 또는 바람에 의해 유도된 외출에서의 것인지 일치하는지 평가한다.
• 낮은 기울기에서 볼 때 디스크가 기하학적으로 가림을 받는 것(예: 디스크 돌출부)이 관측된 선형형을 어떻게 형성하는지 평가한다.
• 관측된 스펙트럼 특징을 기반으로 여러 물리 모델—바람, 광학적으로 얇은 킬러프 운동 디스크, 중심 돌출부가 있는 디스크—의 피팅 품질을 비교한다.

제안 방법

• UKIRT를 이용해 저해상도 근적외선 스펙트럼(2.28–2.5 μm)을 확보하여 CO 밴드와 Pfund 계수 선을 해상도 약 330 km/s로 분리한다.
• CO 2→0 및 3→1 밴드 헤드의 고해상도 관측을 수행하여 선형형과 운동학적 넓이를 분석한다.
• LTE 및 광학적으로 얇은 조건을 가정하여 Pfund 계수 선을 모델링하여 FWHM 약 100 km/s, 바람 속도 약 50 km/s를 유도한다.
• LTE 조건 하에서 CO 밴드 발광을 평가하여 기체 온도 3500–4000 K, 열량 밀도 ~5×10²⁰ cm⁻²를 유도한다.
• 가까운 쪽에서의 발광을 차단하고 멀리 떨어진 쪽에서 낮은 축속도를 가진 발광만 허용하는 중심 돌출부가 있는 회전 디스크의 발광을 시뮬레이션한다.
• 다른 모델을 시험: 가우시안 선형형을 가진 바람 모델과 광학적으로 얇은 CO 발광을 가진 확장된 킬러프 운동 디스크 모델을 제안하고 관측된 스펙트럼과의 피팅을 비교한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 관측된 MWC 349에서의 CO 밴드 발광을 재현하기 위해 필요한 물리적 조건(온도, 열량 밀도, 운동학)은 무엇인가?
• RQ2 관측된 CO 밴드 선형형과 선 너비는 킬러프 운동을 하는 회전하는 원반에서 설명될 수 있는가, 아니면 바람이 더 타당한가?
• RQ3 높은 회전 속도가 있음에도 불구하고 고속 성분이 없는 CO 밴드 선형형은 디스크 돌출부에 의한 기하학적 가림으로 설명될 수 있는가?
• RQ4 관측된 Pfund 계수 선형형은 H II 영역 내 이온화 기체의 운동학과 광학적 깊이를 어떻게 제약하는가?
• RQ5 바람, 돌출부가 있는 디스크, 또는 확장된 킬러프 운동 디스크 중 어느 모델이 관측된 근적외선 스펙트럼에 가장 잘 맞는가?

주요 결과

• Pfund 계수 선은 LTE 조건이며 광학적으로 얇으며, FWHM 약 100 km/s로, 바람 속도 약 50 km/s를 나타낸다.
• CO 밴드 발광은 3500–4000 K의 기체에서 발생하며 열량 밀도 ~5×10²⁰ cm⁻², 운동학적 넓이 50–60 km/s를 나타낸다.
• 가우시안 선형형을 가진 바람 모델은 관측된 CO 밴드 발광에 만족스러운 피팅을 제공하며, CO 광학적 깊이가 약 일치함을 시사한다.
• 가까운 쪽에서의 발광을 차단하는 중심 돌출부가 있는 디스크 모델은 동일하게 좋은 피팅을 제공하며 고속 성분이 없는 이유를 설명한다.
• 광학적으로 얇은 CO 발광을 가진 확장된 킬러프 운동 디스크 모델(N_CO ~ 6×10¹⁶ cm⁻², τ ~ 10⁻⁴)은 킬러프 운동에서 기인한 선형형과 불일치하여 나쁜 피팅을 보인다.
• 최적의 피팅 디스크 모델은 CO 가 별에서 3 AU 이내에 위치해야 하며, 먼지 증발 반경 내에 있어야 하며, 관측된 선형형을 설명하기 위해 디스크에 돌출부가 있어야 한다.