[논문 리뷰] Luminous carbon stars in the Magellanic Clouds

J. Th. van Loon, A. A. Zijlstra외 1명|ArXiv.org|1999. 02. 19.

Stellar, planetary, and galactic studies인용 수 4

한 줄 요약

이 연구는 마젤란 은하계의 은폐된 점성거성계(AGB) 항성에 대한 지상 기반 3 μm 분광학적 관측을 수행하여, 3.1 μm에서 HCN 및 C2H2의 흡수 피크를 통해 탄소 항성들을 식별한다. 이는 빛나는 탄소 항성들이 Mbol = −7 mag까지 존재할 수 있음을 직접적으로 입증하며, 뜨거운 바닥 연소(HBB)가 질량이 큰 AGB 항성들이 탄소-rich 상태가 되는 것을 방지하지 않는다는 것을 보여주며, 대량 마젤란 은하의 거리 모odulus에 대해 18.8 mag의 상한선을 설정한다.

ABSTRACT

We present ground-based 3 micron spectra of obscured Asymptotic Giant Branch (AGB) stars in the Magellanic Clouds (MCs). We identify the carbon stars on the basis of the 3.1 micron absorption by HCN and C2H2 molecules. We show evidence for the existence of carbon stars up to the highest AGB luminosities (Mbol=-7 mag, for a distance modulus to the LMC of 18.7 mag). This proves that Hot Bottom Burning (HBB) cannot, in itself, prevent massive AGB stars from becoming carbon star before leaving the AGB. It also sets an upper limit to the distance modulus of the Large Magellanic Cloud of 18.8 mag. The equivalent width of the absorption band decreases with redder (K-L) colour when the dust continuum emission becomes stronger than the photospheric emission. Carbon stars with similar (K-L) appear to have equally strong 3 micron absorption in the MCs and the Milky Way. We discuss the implications for the carbon and nitrogen enrichment of the stellar photosphere of carbon stars.

연구 동기 및 목표

• 중간 적외선 분광학을 사용하여 마젤란 은하계의 탄소 항성들을 식별하기.
• 뜨거운 바닥 연소(HBB)가 질량이 큰 AGB 항성들이 탄소 항성으로 전환되는 것을 방지하는지 조사하기.
• 마젤란 은하계의 탄소 항성들이 도달할 수 있는 최대 빛의 세기(광도)를 결정하기.
• 탄소 항성의 빛의 세기 함수를 이용하여 대량 마젤란 은하(LMC)의 거리 모odulus에 상한선을 설정하기.
• 마젤란 은하계의 탄소 항성들과 은하수의 탄소 항성들 사이에서 3.1 μm 흡수 강도를 비교하기.

제안 방법

• 마젤란 은하계의 은폐된 AGB 항성들에 대한 지상 기반 3 μm 스펙트럼을 확보하였다.
• HCN 및 C2H2 분자의 3.1 μm에서의 깊은 흡수 피크를 통해 탄소 항성들을 식별하였다.
• (K−L) 색상에 따라 3.1 μm 흡수 밴드의 등가 폭을 측정하여 먼지 흡수 효과를 평가하였다.
• 탄소 항성의 빛의 세기 함수를 사용하여 LMC의 거리 모odulus에 대한 상한선을 유도하였다.
• 마젤란 은하계 탄소 항성들의 3.1 μm 흡수 강도를 은하수 탄소 항성들과 유사한 (K−L) 색상에서 비교하였다.
• 광도 및 분광 데이터를 적용하여 먼지 연속기여와 대기 표면 복사 기여의 상대 기여도를 평가하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 마젤란 은하계의 빛나는 AGB 항성들은 뜨거운 바닥 연소가 존재함에도 불구하고 탄소 항성으로 전환되는가?
• RQ2 대량 마젤란 은하계의 탄소 항성들이 도달할 수 있는 최대 볼로메트릭 magnitude는 얼마인가?
• RQ3 마젤란 은하계에서 탄소 항성의 3.1 μm 흡수 강도는 먼지 적색화에 따라 어떻게 변화하는가?
• RQ4 관측된 탄소 항성의 빛의 세기 함수는 LMC의 거리 모odulus를 제약할 수 있는가?
• RQ5 유사한 (K−L) 색상에서 마젤란 은하계 탄소 항성들의 3.1 μm 흡수 특징 강도는 은하수 탄소 항성들과 유사한가?

주요 결과

• 마젤란 은하계에서 Mbol = −7 mag까지 매우 밝은 탄소 항성들이 관측되었으며, 이는 질량이 큰 AGB 항성들이 높은 빛의 세기에서도 탄소-rich 상태가 될 수 있음을 시사한다.
• 이러한 빛나는 탄소 항성의 존재는 뜨거운 바닥 연소가 질량이 큰 AGB 항성들이 탄소 항성으로 전환되는 것을 단독으로 방지하지 않는다는 것을 의미한다.
• 관측된 최대 광도 한계는 대량 마젤란 은하의 거리 모odulus에 대해 18.8 mag의 보수적인 상한선을 설정한다.
• 3.1 μm 흡수 밴드의 등가 폭은 (K−L) 색상이 더 빨라질수록 감소하며, 이는 먼지 연속기여에 의한 대기 표면 신호의 희석과 일치한다.
• 유사한 (K−L) 색상에서 마젤란 은하계 탄소 항성들과 은하수 탄소 항성들의 3.1 μm 흡수 강도가 유사함을 보이며, 이는 유사한 대기 특성을 지닌다는 것을 시사한다.
• 결과는 AGB 항성 대기에서 탄소와 질소 농축 현상을 먼지 은폐 및 광도 진화의 맥락에서 고려해야 한다는 것을 암시한다.