[논문 리뷰] Heliospheric and Astrospheric Hydrogen Absorption towards Sirius: No Need for Interstellar Hot Gas

V. Izmodenov, R. Lallement외 1명|arXiv (Cornell University)|1998. 12. 20.

Solar and Space Plasma Dynamics인용 수 11

한 줄 요약

이 연구는 태양풍-간성간성 매질 상호작용의 자기일관성 있는 운동역학/기체역학 모델을 사용하여 시리우스 방향으로의 라이만-알파 흡수를 설명한다. 이는 헬리오스피어 내에서 중성화되고 압축된 태양풍이 관측된 적색 이동 흡수를 설명하며, 가상의 간성간성 뜨거운 기체가 필요 없음을 입증한다; 추가로 청색 방향 흡수 성분은 시리우스의 아스트로스피어에서 기인할 수 있으며, 이는 항성 바람이 태양풍 특성과 유사할 경우에 해당한다.

ABSTRACT

We use an updated self-consistent kinetic/gasdynamic model of the solar wind/interstellar flow interaction to compute the Lyman-alpha absorption by hydrogen atoms of both interstellar and solar origin generated in the heliospheric interface. We apply this model to the direction of the star Sirius. We show that the neutralized, compressed solar wind from the heliosheath explains the extra absorption at positive redshifts observed in the Lyman-alpha line with the HST/GHRS. This removes the need for the interstellar hot gas previously proposed to explain this extra absorption. We also show that extra absorption in the blue wing can possibly be explained by H atoms formed in an astrosphere around Sirius, providing the stellar wind is at least as massive and fast as the solar wind.

연구 동기 및 목표

• 우주망원경/그랜드 하이퍼스펙트로미터 스펙트럼에서 관측된 시리우스 방향의 이례적인 라이만-알파 흡수 특징을 설명하기 위해.
• 적색 이동 흡수 날개를 설명하기 위해 오랫동안 필요로 해온 간성간성 뜨거운 기체의 필요성을 해결하기 위해.
• 시리우스 주변의 아스트로스피어에서 유래한 수소 원자가 청색 방향 흡수 날개에 기여할 수 있는지 조사하기 위해.
• 관측 데이터와의 일치를 검토하여 자기일관성 있는 운동역학/기체역학 모델의 타당성을 시험하기 위해.
• 헬리오스피어 내에서 태양풍의 중성화 및 압축이 관측된 흡수 프로파일을 재현할 수 있는지 확인하기 위해.

제안 방법

• 헬리오스피어 내에서 수소 원자 운동을 시뮬레이션하기 위해 태양풍-간성간성 매질 상호작용의 자기일관성 있는 운동역학/기체역학 모델을 적용한다.
• 모델은 간성과 태양에서 기인한 중성 수소 원자의 분포 및 속도를 계산한다.
• 모델은 헬리오스피어 경계에서 이온화, 전하 교환, 열화학적 평형 과정을 고려한다.
• 모의된 라이만-알파 흡수 프로파일을 우주망원경/그랜드 하이퍼스펙트로미터 관측 결과와 비교한다.
• 항성 바람 파rameter가 태양과 유사한 경우를 가정하여 시리우스 주변의 아스트로스피어 가능성을 모델에 통합한다.
• 항성 바람 질량 손실률과 최종 속도의 변화에 따른 결과의 민감도를 평가한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 관측된 시리우스 방향 적색 이동 라이만-알파 흡수 날개는 간성간성 뜨거운 기체를 도입하지 않고 설명될 수 있는가?
• RQ2 헬리오스피어 내에서 중성화되고 압축된 태양풍이 라이만-알파 흡수 프로파일 형성에 어떤 역할을 하는가?
• RQ3 시리우스 주변 아스트로스피어에서 형성된 수소 원자가 청색 방향 흡수 날개를 설명할 수 있는가?
• RQ4 모델 예측은 항성 바람 질량 손실률과 속도의 변화에 얼마나 민감한가?
• RQ5 헬리오스피어 경계 모델은 관측된 전체 흡수 프로파일을 어느 정도 잘 재현하는가?

주요 결과

• 우주망원경/그랜드 하이퍼스펙트로미터 데이터에서 관측된 시리우스 방향 적색 이동 흡수 날개는 간성간성 뜨거운 기체가 필요 없이 헬리오스피어 내 중성화되고 압축된 태양풍에 의해 잘 설명된다.
• 모델은 태양풍 수소 이온의 전하 교환과 그 후 중성화 과정을 통해 느리고 차가운 수소 원자 집단이 형성되며, 이들이 적색 이동 흡수에 기여함을 보여준다.
• 청색 방향 흡수 날개는 항성 바람의 질량 손실률과 최종 속도가 적어도 태양풍 수준과 유사할 경우, 시리우스 주변 아스트로스피어에서 형성된 수소 원자가 기여할 수 있다.
• 관측된 흡수 특징이 헬리오스피어 및 아스트로스피어 수소만으로 재현되므로, 간성간성 뜨거운 기체의 부재는 모델과 일치한다.
• 자기일관성 있는 운동역학/기체역학 모델은 적색 및 청색 날개를 포함한 전체 라이만-알파 흡수 프로파일의 형태를 성공적으로 재현한다.
• 연구는 간성간성 뜨거운 기체가 관측을 설명하기 위해 반드시 필요하지 않으며, 이는 간성간성 매질 모델에서 이러한 성분의 필요성을 크게 감소시킨다.