[논문 리뷰] ISOCAM spectro-imaging of the H2 rotational lines in the supernova remnant IC443

D. Cesarsky, P. Cox외 4명|arXiv (Cornell University)|1999. 06. 24.

Ionosphere and magnetosphere dynamics참고 문헌 1인용 수 9

한 줄 요약

이 연구는 초신성 잔재 IC443의 서쪽 등산부에서 분자의 수소(H2) 회전선의 ISOCAM 스펙트로-이미징 관측을 제시하며, 5–14 μm 범위에서 S(2)에서 S(8)까지의 강한 H2 발광선을 확인하였다. 이 발광선의 복사율은 10⁻⁴에서 10⁻³ erg s⁻¹ cm⁻² sr⁻¹ 수준이었으며, 이는 30 km s⁻¹의 충격 속도와 10⁴ cm⁻³의 충격 이전 밀도를 가진 시간에 따라 변화하는 충격 모델에 의해 잘 설명된다. 이 모델은 충격 연령이 1,000에서 2,000년 사이일 경우에 해당한다.

ABSTRACT

We report spectro-imaging observations of the bright western ridge of the supernova remnant IC 443 obtained with the ISOCAM circular variable filter (CVF) on board the Infrared Space Observatory (ISO). This ridge corresponds to a location where the interaction between the blast wave of the supernova and ambient molecular gas is amongst the strongest. The CVF data show that the 5 to 14 micron spectrum is dominated by the pure rotational lines of molecular hydrogen (v = 0--0, S(2) to S(8) transitions). At all positions along the ridge, the H2 rotational lines are very strong with typical line fluxes of 10^{-4} to 10^{-3} erg/sec/cm2/sr. We compare the data to a new time-dependent shock model; the rotational line fluxes in IC 443 are reproduced within factors of 2 for evolutionary times between 1,000 and 2,000 years with a shock velocity of 30 km/sec and a pre-shock density of 10^4 /cm3.

연구 동기 및 목표

• 초신성 잔재 IC443의 충격으로 가열된 영역에서 분자의 수소(H2)의 진동 조건을 조사하기 위해.
• 잔재의 서쪽 등산부에서 H2 발광을 지배하는 물리적 매개변수(충격 속도, 밀도, 연령)를 규명하기 위해.
• 관측된 H2 선 복사율이 시간에 따라 변화하는 충격 모델과 일치하는지 테스트하기 위해.
• 분자 기체에서 순수 회전 전이를 자극하는 데 있어 충격 가열의 역할을 이해하기 위해.

제안 방법

• 적외선 우주 관측기(ISO)의 ISOCAM을 사용하여 5–14 μm 범위에서 공간 해상도를 가진 스펙트로-이미징을 수행하였다.
• IC443의 서쪽 등산부 전역에서 순수 회전 H2 선(S(2)에서 S(8))의 복사율을 측정하였다.
• 새로 개발된 시간에 따라 변화하는 충격 모델과 관측된 선 복사율을 비교하여 충격 매개변수를 추론하였다.
• 충격 속도(30 km s⁻¹), 충격 이전 밀도(10⁴ cm⁻³), 충격 연령(1,000–2,000년)을 변화시켜 모델의 적합도를 평가하였다.
• 복사 전달 및 냉각 계산을 사용하여 다양한 충격 조건 하에서 H2 선 발광을 예측하였다.
• 예측된 복사율 비율과 절대 복사율을 관측 결과와 비교하여 모델 성능을 평가하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 IC443의 서쪽 등산부에서 관측된 주요 H2 회전 전이선은 무엇이며, 그 복사율은 어느 정도인가?
• RQ2 관측된 H2 선 복사율을 가장 잘 재현하는 충격 매개변수(속도, 밀도, 연령)는 무엇인가?
• RQ3 시간에 따라 변화하는 충격 모델이 이 지역의 관측된 H2 발광과 얼마나 잘 일치하는가?
• RQ4 관측된 H2 회전선 발광의 자극 메커니즘은 무엇인가?
• RQ5 H2 선 진단에 기반해 IC443의 충격의 진화 단계는 무엇인가?

주요 결과

• IC443의 서쪽 등산부에서 5–14 μm 스펙트럼은 순수 회전 H2 선(v = 0–0, S(2)에서 S(8))에 의해 지배된다.
• H2 선 복사율은 10⁻⁴에서 10⁻³ erg s⁻¹ cm⁻² sr⁻¹ 수준이며, 충격 영역에서 강한 자극을 나타낸다.
• 30 km s⁻¹의 충격 속도와 10⁴ cm⁻³의 충격 이전 밀도는 관측된 H2 복사율을 약 2배 이내로 재현한다.
• 시간에 따라 변화하는 모델에서 충격 연령이 1,000에서 2,000년 사이일 때 관측된 선 복사율과 가장 잘 일치한다.
• 관측 결과와 모델 간의 일치는 분자 기체에서 C-충격 또는 유사한 충격 구조의 존재를 지지한다.
• 공간 해상도를 가진 스펙트로-이미징은 H2 발광이 밀도 높은 분자 구름과 강한 충격 상호작용이 일어나는 영역에서 가장 강하다는 것을 확인한다.