[논문 리뷰] Looking for the weak members of the C$_{60}^+$ family in the interstellar medium

Г. А. Галазутдинов, J. Krełowski|arXiv (Cornell University)|2017. 08. 22.

Astronomy and Astrophysical Research인용 수 6

한 줄 요약

3.6m CFH 망원경에서 확보한 고해상도 ESPADONS 스펙트럼을 이용하여, 9366, 9428, 9577 및 9348.4 Å 부근의 은하간 분산 밴드의 운반체로 C₆₀⁺이 사용되는지 검토한다. 강한 밴드 간 강도 비율이 변동성이 있으며, 예상되는 9428 Å 특징이 존재하지 않으며, 가장 약한 9348.4 Å 특징이 검출되지 않음—이는 공통의 기원을 반박하고 C₆₀⁺이 이 밴드의 운반체일 가능성에 대해 강력한 의심을 제기한다.

ABSTRACT

We demonstrate, using the high resolution spectra from the ESPADONS spectrograph, fed with the 3.6m CFH telescope, that the strength ratios of the strong--to--weak spectral features, attributed to C$_{60}^+$, are variable. We found that in the range of expected 9366~Å C$_{60}^+$ feature there are two diffuse bands centered at 9362.0$\pm$0.1 and 9365.3$\pm$0.1 Å with variable intensity ratio. We confidently confirm the lack of 9428~Å feature which, in the laboratory spectra of C$_{60}^+$, is stronger than 9366~Å. The weakest laboratory feature, near 9348.4~Å\, remains below the level of detection in all spectra. The intensity ratio 9577/9365 is variable. These facts contradict to their common origin and so -- the identification of some interstellar spectral features as being carried by the cation of the "soccer ball". We also refined the rest wavelength position of the strongest diffuse band in this range: it is 9576.8$\pm$0.1~Å.

연구 동기 및 목표

• 은하간 매질에서 9366, 9428, 9577 및 9348.4 Å 부근의 분산 밴드가 C₆₀⁺에 의해 운반된다는 가설을 검증한다.
• 고해상도 스펙트럼에서 약한 C₆₀⁺ 특징의 존재 및 강도에 대한 상충되는 주장들을 해결한다.
• 고도가 높은 ESPADONS 데이터를 활용하여 천체선 제거를 향상시켜 오염을 줄이고 검출 신뢰도를 높인다.
• 관측된 분산 밴드들이 상대 강도 비율을 분석하여 공통 운반체를 공유하는지 평가한다.

제안 방법

• 마우나 케아 관측소에 위치한 3.6m CFH 망원경의 ESPADONS 기구를 이용한 고해상도 분광법.
• 네 명의 강한 적색편이를 보이는 뜨거운 슈퍼거성(예: HD183143, HD169454, BD +40 4220, CygOB2 12)의 스펙트럼을 분석하였다.
• 은하간 특징이 없는 HD120315를 천체선 기준으로 사용하여 천체선을 제거하였다.
• 휴대용 파장 보정은 은하간 K I (7699 Å) 및 CH (4300 Å) 선을 이용하여 정지 파장에 대응하도록 수행하였다.
• 등가 폭과 반폭 전체 너비(FWHM)는 DECH 소프트웨어를 사용하여 측정하였으며, 오차 추정치는 Vollmann & Eversberg (2006)의 결과를 기반으로 하였다.
• 다양한 천체선을 통한 분산 밴드 간 강도 비율(예: 9577/9365) 분석을 통해 공통 운반체 가정에 대한 일관성을 평가하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 은하간 매질에서 9366 Å, 9428 Å, 9577 Å 및 9348.4 Å 부근의 분산 밴드가 실험실 스펙트럼에서 예측한 대로 C₆₀⁺과 일관되게 관련되어 있는가?
• RQ2 9577 Å 및 9365 Å 특징 간 강도 비율이 서로 다른 은하간 천체선을 따라 안정적인가? 이는 공통 운반체가 존재할 경우 예상되는 바이다.
• RQ3 C₆₀⁺의 실험실 스펙트럼에서 9366 Å보다 강도가 더 높을 것으로 예측되는 9428 Å 특징이 강한 적색편이를 보이는 별의 고해상도 스펙트럼에서 검출 가능한가?
• RQ4 9366 Å 특징은 단일 밴드로 이루어져 있는가, 아니면 서로 다른 기원을 가진 두 성분의 블렌드인가?
• RQ5 C₆₀⁺ 실험실 스펙트럼에서 가장 약한 특징인 9348.4 Å 부근의 특징이 은하간 스펙트럼에서 검출 가능한가?

주요 결과

• 9577 Å 및 9365 Å 분산 밴드 간 강도 비율은 다양한 천체선에서 변동성이 있으며, 3.16에서 6.00 사이의 범위를 보이며, 이는 공통 기원이 아님을 시사한다.
• C₆₀⁺의 실험실 스펙트럼에서 9366 Å보다 강도가 더 높을 것으로 예측되는 9428 Å 특징은 고신호대잡음 조건임에도 불구하고 어느 스펙트럼에서도 신뢰성 있게 검출되지 않았다.
• C₆₀⁺의 가장 약한 실험실 특징인 9348.4 Å 부근의 특징은 모든 스펙트럼에서 검출되지 않으며, 감지 한계 이하에 머물러 있다.
• 이 범위에서 가장 강한 분산 밴드는 9576.8 ± 0.1 Å에서 확인되었으며, 여러 목표 천체에서 일관된 측정치를 보였다.
• 은하간 스펙트럼에서 9577 Å 밴드는 실험실 C₆₀⁺ 스펙트럼보다 넓으며, 이 넓이 증가는 은하간 K I 선의 도플러 분리로는 설명될 수 없다.
• 9366 Å 특징은 9362.0 ± 0.1 Å 및 9365.3 ± 0.1 Å에 위치한 두 성분의 블렌드로 가장 잘 설명되며, 강도 비율이 변동성이 있어 단일 운반체 가정을 더욱 뒷받침하지 못한다.