[논문 리뷰] Planetary Nebulae with UVIT II: Revelations from FUV vision of Butterfly Nebula NGC 6302

N. Kameswara Rao, Orsola De Marco외 5명|arXiv (Cornell University)|2018. 10. 04.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 48인용 수 4

한 줄 요약

ASTROSAT의 UVIT를 사용하여 이 연구는 별개의 복사선에서 검출되지 않은, 벌레모양 nebulas인 NGC 6302에서 확장된 근자외선(FUV) 냉기와 수직적인 제트 유사 구조를 규명하였다. FUV 냉기들은 113° 방향으로 5 arcmin까지 연장되어 있으며, 주로 수소 분자(H₂)의 형광 방출에서 기인할 가능성이 높고, 약 2200년 전에 시작된 광학 이중성 분출 이전의 더 이른 단계에서 발생한 별도의 분출 단계를 나타낼 수 있다.

ABSTRACT

The high excitation planetary nebula, NGC 6302, has been imaged in two far-ultraviolet (FUV) filters, F169M (Sapphire; λ$_{ m eff}$: 1608 Å) and F172M (Silica; λ$_{ m eff}$: 1717 Å) and two NUV filters, N219M (B15; λ$_{ m eff}$: 2196 Å) and N279N (N2; λ$_{ m eff}$: 2792 Å) with the Ultra Violet Imaging Telescope (UVIT). The FUV F169M image shows faint emission lobes that extend to about 5 arcmin on either side of the central source. Faint orthogonal collimated jet-like structures are present on either side of the FUV lobes through the central source. These structures are not present in the two NUV filters nor in the FUV F172M filter. Optical and IR images of NGC 6302 show bright emission bipolar lobes in the east-west direction with a massive torus of molecular gas and dust seen as a dark lane in the north-south direction. The FUV lobes are much more extended and oriented at a position angle of 113°. They and the jet-like structures might be remnants of an earlier evolutionary phase, prior to the dramatic explosive event that triggered the Hubble type bipolar flows approximately 2200 years ago. The source of the FUV lobe and jet emission is not known, but is likely due to fluorescent emission from H$_2$ molecules. The cause of the difference in orientation of optical and FUV lobes is not clear and, we speculate, could be related to two binary interactions.

연구 동기 및 목표

• ASTROSAT의 UVIT를 사용하여 행 星 nebulas인 NGC 6302의 근자외선(FUV) 구조를 조사하기.
• 기존의 광학 및 근자외선 특성 외부에서 발견되지 않은 FUV 구조, 예를 들어 확장된 냉기와 빛을 모아서 빛나는 제트 유사 구조를 식별하고 특성화하기.
• 특히 FUV 방출의 기원을 규명하기, 예를 들어 수소 분자(H₂)의 형광 방출 또는 다른 메커니즘에서 기인하는지 확인하기.
• 특히 이중성 상호작용이 복잡한 다상태 nebulas 구조를 형성하는 데 기여했을 가능성을 고려하여 NGC 6302의 진화 역사 탐색하기.
• 이러한 FUV 구조가 젊은 행 星 nebulas에서 일반적인지 평가하고, 이는 초기 질량 분출 단계에 대한 통찰을 제공한다.

제안 방법

• ASTROSAT 위성의 초자외선 이미징 망원경(UVIT)을 사용하여 네 가지 자외선 필터(F169M, 1608 Å; F172M, 1717 Å; N219M, 2196 Å; N279N, 2792 Å)를 통해 NGC 6302의 깊은 이미징을 확보하였다.
• 근자외선(FUV) 이미지(F169M 및 F172M)를 근자외선(NUV) 및 광학 데이터와 비교하여, 확장된 냉기 및 제트 유사 구조와 같은 FUV 고유의 특징을 분리하였다.
• 기존의 광학 이중성 냉기 및 어두운 등반 토러스와의 상대적 공간적 방향과 범위를 분석하였다.
• 방출 메커니즘을 평가하기 위해 1608 Å 이하의 파장에서 알려진 형광 H₂ 방출선과 FUV 유량을 비교하였다.
• 이전 연구(예: HST, MIRI, 전파)에서 확보한 운동학적 및 광학적 데이터를 활용하여 FUV 구조를 nebulas의 역학적 역사 속에서 맥락화하였다.
• 이중성 기반의 진화 모델을 제안하였으며, 이는 두 개의 별도의 분출 이벤트를 포함한다: 약 5000년 전에 토러스와 FUV 냉기를 형성한 첫 번째 이벤트, 그리고 약 2200년 전에 광학 Hubble 유형 냉기를 생성한 두 번째 이벤트.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 광학 및 근자외선 파장에서 검출되지 않은 NGC 6302에서 FUV 구조는 무엇인가?
• RQ2 확장된 냉기 및 수직 제트 유사 구조에서 FUV 방출의 물리적 기원은 무엇인가?
• RQ3 FUV 냉기와 광학 냉기의 방향이 어떻게 다를지, 그리고 이는 nebulas의 형성 메커니즘에 어떤 함의를 갖는가?
• RQ4 FUV 구조는 형광 H₂ 방출으로 설명될 수 있는가, 그리고 이는 nebulas 내 숨겨진 질량에 대해 어떤 함의를 갖는가?
• RQ5 두 개의 별도로, 상호 수직인 분출 단계는 이중성 항성 상호작용 시나리오와 일치하는가?

주요 결과

• UVIT는 중심 소스에서 5 arcmin까지 연장되는 매우 희미한 FUV 냉기를 F169M 필터(1608 Å)에서 검출하였으며, 이는 위치각 113°로 정렬되어 있다.
• F169M 필터에서는 중심 소스를 관통하는 수직적인 제트 유사 구조가 관측되었지만, F172M, N219M, N279N 필터에서는 관측되지 않아 좁은 스펙트럼 기원임을 시사한다.
• FUV 방출은 광학 이중성 냉기보다 훨씬 더 넓게 확장되어 있으며, 이는 동서 방향으로 정렬되어 있고 어두운 등반 토러스에 의해 분리되어 있다.
• FUV 방출은 알려진 원소선이 1608 Å 이하에 존재하지 않기 때문에, 주로 수소 분자(H₂)의 형광 여기 상태에서 기인한 것으로 가장 가능성 높다.
• FUV 구조는 어떤 광학 또는 근자외선 데이터에서도 발견되지 않아, 중심 항성으로부터 더 이른 분출 단계에서 기인한 별도의 단계일 가능성이 높으며, 약 2200년 전에 시작된 광학 Hubble 유형 분출 이전일 수 있다.
• 서로 수직인 다상태 분출 이벤트 두 개가 존재하는 것으로 보이며, 이는 이중성 시스템에서 기인할 수 있으며, FUV 냉기와 제트는 약 2200년 이전의 분출 단계에서 기인한 것으로 설명된다.