[논문 리뷰] Investigating the nature of the Fried Egg nebula: CO mm-line and optical spectroscopy of IRAS 17163-3907

S. H. J. Wallström, S. Müller외 6명|arXiv (Cornell University)|2015. 01. 14.

Astrophysics and Star Formation Studies참고 문헌 21인용 수 5

한 줄 요약

이 연구는 CO 밀리미터선 및 광학 스펙트로스코피를 통해 IRAS 17163–3907이 황색 초거성임을 확인하였으며, 해상도가 높은 속도 기울기와 강한 P-Cyg 프로파일을 보이는 복잡하고 비대칭적인 이중극 방출 구조를 규명하였다. 자료는 이 천체가 전형적인 황색 초거성인 IRC+10420과 유사한 운동학적 및 스펙트럼적 특성을 보이며, 강한 질량 손실를 나타내고 있음을 시사한다.

ABSTRACT

Through CO mm-line and optical spectroscopy, we investigate the properties of the Fried Egg nebula IRAS 17163-3907, which has recently been proposed to be one of the rare members of the yellow hypergiant class. The CO J=2-1 and J=3-2 emission arises from a region within 20" of the star and is clearly associated with the circumstellar material. The CO lines show a multi-component asymmetrical profile, and an unexpected velocity gradient is resolved in the east-west direction, suggesting a bipolar outflow. This is in contrast with the apparent symmetry of the dust envelope as observed in the infrared. The optical spectrum of IRAS 17163-3907 between 5100 and 9000 Å was compared with that of the archetypal yellow hypergiant IRC+10420 and was found to be very similar. These results build on previous evidence that IRAS 17163-3907 is a yellow hypergiant.

연구 동기 및 목표

• 최근 황색 초거성으로 제안된 Fried Egg 성운 IRAS 17163–3907의 성격을 조사하기 위해.
• CO 회전선 방출을 이용하여 그 환성물질의 운동학적 구조를 규명하기 위해.
• IRAS 17163의 광학 스펙트럼을 전형적인 황색 초거성인 IRC+10420의 스펙트럼과 비교하여 스펙트럼 유사성을 평가하기 위해.
• 스펙트럼선 분석을 통해 질량 손실 역사를 및 천체계의 역학적 성질을 제약하기 위해.

제안 방법

• 230 GHz (CO J=2–1) 및 345 GHz (CO J=3–2) 대역에서 APEX 망원경을 사용하여 온더플라이 맵핑을 수행하여 분자 방출을 탐지하였다.
• 전경 오염을 최소화하기 위해 깔끔한 오프소스 위치를 사용한 온오프 위치 스위칭 보정을 실시하였다.
• 고해상도 광학 스펙트럼(5100–9000 Å)을 Mercator 망원경으로 획득하여 흡수선 및 발산선을 분석하였다.
• 파랑 및 빨간색 성분 간의 공간적 이동을 분석하여 CO 선형형의 비대칭성, 속도 기울기 및 이격도를 평가하였다.
• Ca II P-Cyg 프로파일의 파랑 가장자리에서 최종 풍속을 측정하여 항성 질량을 추정하였다.
• IRAS 17163의 광학선형형 및 등가폭을 IRC+10420과 비교하여 스펙트럼 유사성 및 절대 등급을 평가하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 IRAS 17163–3907의 환성물질 CO 방출은 이중극 방출과 관련이 있는가? 그 운동학적 구조는 어떠한가?
• RQ2 CO 방출의 속도 기울기는 적외선에서 관측된-dust 환성물질의 형태와 어떻게 관련이 있는가?
• RQ3 IRAS 17163의 광학 스펙트럼은 전형적인 황색 초거성인 IRC+10420의 스펙트럼과 어느 정도 유사한가?
• RQ4 항성 풍속의 최종 속도는 얼마이며, 이는 항성 질량과 진화 상태에 대해 어떤 함의를 갖는가?
• RQ5 관측된 선 비대칭성 및 속도 불일치는 진동 또는 이중성 항성의 영향으로 설명될 수 있는가?

주요 결과

• CO J=2–1 및 J=3–2 방출은 항성의 20 arcsec 이내의 환성물질과 관련된 시스템적 속도 +70 km s⁻¹에서 검출되었다.
• CO 선형형은 비대칭적이며, 파랑 성분은 다중 피크를 보이고, 빨간색 성분은 넓고 흐린 편으로 복잡한 방출 역학을 나타낸다.
• 파랑 및 빨간색 방출 피크 사이에 약 18 arcsec의 속도 기울기가 해상도로 확인되어 동서 방향의 비대칭적인 이중극 방출을 시사한다.
• IRAS 17163의 광학 스펙트럼은 Hα 및 Ca II에서 강한 P-Cyg 프로파일을 보이며, 약 150 km s⁻¹의 최종 풍속을 갖는 상당한 질량의 방출 물질을 나타낸다.
• O I (7774 Å) 삼중선 등가폭을 사용하여 절대 V 등급을 M_V = –10로 추정하였으며, 이는 IRC+10420와 일치한다.
• 탈출 속도 관계를 통해 항성 질량를 약 22 M⊙로 추정하였으며, 황색 초거성의 기대 초기 질량 범위인 20–40 M⊙와 일치한다.