[논문 리뷰] HST and VLT observations of the Symbiotic Star Hen 2-147

M. Santander-García, R. L. M. Corradi외 6명|arXiv (Cornell University)|2007. 01. 14.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 4인용 수 3

한 줄 요약

이 연구는 허블 우주望遠鏡와 VLT 적층 스펙트로스코피를 결합하여 병행 항 星 Hen 2–147 주변 nebulae의 3차원 운동학 및 기하학을 모델링한다. 물질의 팽창을 가정할 경우 팽창 기울기 방법으로 거리 1.5 ± 0.4 kpc를 산출하지만, 이는 Mira 주기-광도 관계(3.0 ± 0.4 kpc)와의 괴리로 이어지며, 관측된 팽창이 이온화 기체가 아닌 충격파에 기인함을 고려할 경우에만 이 괴리 문제가 해결되며, 이로 인해 재조정된 거리는 2.9 ± 0.4 kpc가 된다.

ABSTRACT

We investigate the dynamics of the nebula around the symbiotic star Hen 2-147, determine its expansion parallax, and compare it with the distance obtained via the Period-Luminosity relation for its Mira variable. The geometry of the nebula is found to be that of a knotty annulus of ionized gas inclined to the plane of sky and expanding with a velocity of ~90 km/s. A straightforward application of the expansion parallax method provides a distance of 1.5+-0.4 kpc, which is a factor of two lower than the distance of 3.0+-0.4 kpc obtained from the Period-Luminosity relationship for the Mira (which has a pulsation period of 373 days). The discrepancy is removed if, instead of expanding matter, we are observing the expansion of a shock front in the plane of the sky. This shock interpretation is further supported by the broadening of the nebular emission lines.

연구 동기 및 목표

• nebular 동역학을 이용하여 병행 항 星 Hen 2–147의 진정한 거리를 규명하는 것.
• 팽창 기울기 방법과 Mira 주기-광도 관계로부터 유도된 거리 추정치 간의 괴리를 해결하는 것.
• 관측된 nebulae의 천구상 팽창이 이온화 기체의 운동인지 충격파 전파인지 여부를 조사하는 것.
• 다중 시기 HST 이미징과 고해상도 VLT 스펙트로스코피를 활용하여 nebulae의 3차원 공간-운동학 모델을 구축하는 것.
• 충격이 지배하는 운동학을 보이는 시스템에서 팽창 기울기 방법의 타당성과 한계를 평가하는 것.

제안 방법

• 3년 간격으로 Hubble Space Telescope (HST)의 다중 시기 이미징을 활용하여 천구상 nebulae의 명백한 팽창을 측정하였다.
• VLT의 고해상도 적층 스펙트로스코피를 활용하여 천체선 방향의 운동 속도를 측정하고 nebulae의 3차원 운동학을 유도하였다.
• 천체의 기하학과 속도장에 대해 3차원 공간-운동학 모델을 구축하였으며, 천구면에 기울어진 고리형 다발성 구조를 가정하였다.
• 관측된 각도 팽창과 축 방향 속도를 기반으로 팽창 기울기 방법을 적용하여 거리를 추정하였다.
• 25년간의 SAAO 적외선 보정 관측 자료를 바탕으로 Mira 진동 주기(373일)를 유도하여 주기-광도(PL) 관계를 통해 거리를 추정하였다.
• 팽창의 충격 기원을 검증하기 위해 선형 폭발 분석을 수행하고, 충격 효과를 포함하거나 배제한 운동학 모델을 비교하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 천구상에서 관측된 nebulae의 팽창이 이온화 기체의 운동인지 충격파 전파인지 여부는 무엇인가?
• RQ2 팽창 기울기 방법으로 유도된 거리(1.5 ± 0.4 kpc)가 Mira 주기-광도 관계로 유도된 거리(3.0 ± 0.4 kpc)보다 현저히 낮은 이유는 무엇인가?
• RQ3 기체 운동이 아닌 충격에 의해 유도된 팽창을 고려할 경우 두 거리 추정치 간의 괴리를 어떻게 해소할 수 있는가?
• RQ4 Hen 2–147 주변 nebulae의 진정한 3차원 기하학적 구조와 운동학적 구조는 무엇인가?
• RQ5 충격이 관측된 운동학을 지배하는 병행 nebulae에서 팽창 기울기 방법의 신뢰도는 어떠한가?

주요 결과

• nebulae는 천구면에 기울어진 다발성 고리형 구조를 가지며, 약 90 km s⁻¹ 속도로 팽창하고 있다.
• 팽창 기울기 방법을 단순히 적용할 경우 거리 1.5 ± 0.4 kpc를 산출하지만, 이는 Mira 주기-광도 관계와 부합하지 않는다.
• 관측된 팽창이 이온화 기체의 운동이 아니라 충격파에 기인함을 고려할 경우 이 괴리 문제가 해결되며, 거리는 2.7 ± 0.5 kpc로 산출된다.
• Mira 주기-광도 관계로 산출된 거리는 3.0 ± 0.4 kpc로, 충격 보정된 팽창 기울기 결과와 일치한다.
• 최종적으로 Hen 2–147까지의 거리는 2.9 ± 0.4 kpc로 채택되었으며, 충격 효과를 고려할 경우 두 방법 간의 통합이 이루어진다.
• nebulae는 약 200년 전에 탈출한 것으로 보이며, 이는 백색왜성의 조우 항성 폭발과 일치할 가능성이 높다.