[논문 리뷰] Crystalline silicate dust around evolved stars III. A correlations study of crystalline silicate features

F. J. Molster, L. B. F. M. Waters외 3명|University of Groningen research database (University of Groningen / Centre for Information Technology)|2002. 01. 18.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 22인용 수 98

한 줄 요약

이 연구는 14개의 진화한 항성의 ISO 적외선 스펙트럼을 분석하여 고체 실리케이트-dust 특성을 연구하며, 실험실에서 측정한 흡수 계수를 사용한 복사 전달 모델링을 적용한다. 연구 결과, 에이스테인은 포스터라이트보다 3–4배 더 풍부하며, 먼지 종류 간의 온도 차이가 디스크 환경과 외부 유동 환경에서의 별도의 형성 또는 가공 역사를 시사하며, 69.0 µm 포스터라이트 특징이 안정적인 온도 지표로 기능함을 밝혔다.

ABSTRACT

We have carried out a quantitative trend analysis of the crystalline silicates observed in the ISO spectra of a sample of 14 stars with different evolutionary backgrounds. We have modeled the spectra using a simple dust radiative transfer model and have correlated the results with other known parameters. We confirm the abundance difference of the crystalline silicates in disk and in outflow sources, as found by Molster et al. (1999, Nature 401, 563). We found some indication that the enstatite over forsterite abundance ratio differs, it is slightly higher in the outflow sources with respect to the disk sources. It is clear that more data is required to fully test this hypothesis. We show that the 69.0 micron feature, attributed to forsterite, may be a very suitable temperature indicator. We found that the enstatite is more abundant than forsterite in almost all sources. The temperature of the enstatite grains is about equal to that of the forsterite grains in the disk sources but slightly lower in the outflow sources. Crystalline silicates are on average colder than amorphous silicates. This may be due to the difference in Fe content of both materials. Finally we find an indication that the ratio of ortho to clino enstatite, which is about 1:1 in disk sources, shifts towards ortho enstatite in the high luminosity (outflow) sources.

연구 동기 및 목표

• ISO 스펙트럼을 이용하여 진화한 항성 내 고체 실리케이트 농도와 먼지 온도를 정량화하기.
• 디스크 및 외부 유동 소스 간 먼지 특성의 차이를 조사하기.
• 먼지 조성, 온도, 항성 광도 간 상관관계 탐색하기.
• 입자 조성과 다형체 구조(오르토형 대 비클리노형)가 먼지 진화에 미치는 영향 평가하기.
• 결정성과 먼지 온도 또는 항성 광도 간 상관관계가 있는지 확인하기.

제안 방법

• 포스터라이트와 에이스테인의 실험실 측정 흡수 계수를 사용하여, 단순한 광학적으로 얕은 먼지 복사 전달 모델을 적용해 ISO 스펙트럼에 적합시켰다.
• 23.6, 33.6, 40.5, 69.0 µm 특징의 피크 위치와 대역폭을 이용해 입자 조성과 온도를 추론하였다.
• 모델 적합 결과를 관측 스펙트럼과 비교하여 잔류 복사 강도를 평가하고, 잠재적인 추가 먼지 성분을 식별하였다.
• 스펙트럼 형태와 밴드 위치를 기반으로 오르토- 및 클리노-에이스테인의 상대 농도를 분석하였다.
• 유도된 먼지 온도와 농도를 항성 광도 및 소스 유형(디스크 대 비외부 유동)과 연관지어 분석하였다.
• 철 함량이 먼지 온도에 미치는 영향을 분석하기 위해 고체 및 비정질 실리케이트의 행동을 비교하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 진화한 항성 주변의 원환성 먼지에서 에이스테인과 포스터라이트의 상대 농도는 어떻게 되는가?
• RQ2 디스크 및 외부 유동 소스 간 포스터라이트 및 에이스테인 입자 온도는 어떻게 다를까?
• RQ3 항성 광도와 에이스테인 대 포스터라이트 농도 비율 간 상관관계가 있는가?
• RQ4 먼지의 결정성은 먼지 온도 또는 항성 광도와 상관관계가 있는가?
• RQ5 69.0 µm 포스터라이트 특징이 온도 지표로서 중요한 이유는 무엇인가?

주요 결과

• 연구 대상 진화한 항성들에서 에이스테인은 평균적으로 포스터라이트보다 3–4배 더 풍부하다.
• 에이스테인 대 포스터라이트 농도 비율은 외부 유동 소스에서 디스크 소스보다 높을 가능성이 있으나, 이를 확인하기 위해 더 많은 데이터가 필요하다.
• 69.0 µm 포스터라이트 특징은 강력한 온도 지표로 기능하며, 그 너비와 위치는 입자 온도에 민감하다.
• 디스크 소스에서는 포스터라이트와 에이스테인 입자가 거의 동일한 온도를 가지지만, 외부 유동 소스에서는 포스터라이트가 약간 더 따뜻한 것으로 나타나, 별도의 입자 집단이 존재함을 시사한다.
• 고체 실리케이트들은 비정질 실리케이트보다 평균적으로 더 차가운데, 이는 철 함량이 낮아 흡수 효율이 떨어지기 때문일 것이다.
• 저광도 소스에서는 오르토- 및 클리노-에이스테인이 약간의 상대 농도로 균형을 이루지만, 고광도 소스에서는 오르토-에이스테인이 지배적이며, 이는 광도에 따라 다형체 분포가 달라짐을 시사한다.