[논문 리뷰] The symbiotic star CH Cygni. II. The broad Ly alpha emission line explained by shocks

M. Contini, R. Angeloni외 1명|ArXiv.org|2008. 07. 09.

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한 줄 요약

이 논문은 1985년 CH Cygni에서 관측된 이질적인 넓은 리어파-알파 발산선(4000 km s−1)이 백색왜성의 폭발에 의해 유도된 폭발파의 충격파 전면에서 후방 충격파의 수소 원자와의 전하 이동 반응에서 기인하며, 충돌하는 바람 네뷸라에서 기인하지는 않다는 것을 제안한다. 모델은 높은 속도의 충격파 물리학을 통해 선의 극도로 넓고 강한 특성을 설명하며, 리어파-알파 발산선은 붉은 거대성 반대편에 위치한 별도의 초기 단계 폭발파 영역에서 기인하는 반면, 광학 및 자외선 선들은 나중에 하류의 충돌하는 바람 영역에서 형성된다.

ABSTRACT

Context. In 1985, at the end of the active phase 1977-1986, a broad (4000 km/s) Ly alpha line appeared in the symbiotic system CH Cygni that had never been observed previously. Aims. In this work we investigate the origin of this anomalous broad Ly alpha line. Methods. We suggest a new interpretation of the broad Ly alpha based on the theory of charge transfer reactions between ambient hydrogen atoms and post-shock protons at a strong shock front. Results. We have found that the broad Ly alpha line originated from the blast wave created by the outburst, while the contemporary optical and UV lines arose from the nebula downstream of the expanding shock in the colliding wind scenario.

연구 동기 및 목표

• 1985년 CH Cygni에서 갑작스럽게 나타난 넓은(4000 km s−1) 리어파-알파 발산선을 표준 충돌하는 바람 모델이 설명하지 못하는 현상에 대해 설명한다.
• 동일한 활성 단계 기간 동안 다른 선들에서 관측된 낮은 속도와는 대조적으로 리어파-알파 선의 극도로 높은 속도와의 괴리를 설명한다.
• 리어파-알파 선이 광학 및 자외선 방출과 다른 물리적 영역과 과정에서 기인할 수 있는지 조사한다.
• 특히 고속 충격파에서의 전하 이동을 포함한 충격파 물리학과 관측된 리어파-알파 프로파일을 조율한다.
• 이러한 넓은 리어파-알파 선이 심비오틱 이중성계에서 형성되고 지속되기 위해 필요한 조건을 규명한다.

제안 방법

• CH Cygni의 백색왜성 폭발이 환성물질과 상호작용하는 과정을 모델링하기 위해 Chevalier(1982)의 초신성에서 충격파 진화 이론을 적응 적용한다.
• Heng & Sunyaev(2007)의 전하 이동 이론을 적용하여 고속 충격파 전면(Vs ≥ 4000 km s−1)에서 리어파-알파 선 형성 계산을 수행한다.
• HS07에서의 빛의 비율 ΓLyα/Hα ≥ 10을 활용하여 고속 충격 조건에서 강한 리어파-알파 방출을 예측한다.
• 폭발 후 8년째에 대해 충격파 반경 RBW ∼ 2.25 × 10¹⁷ cm, Vs = 4000 km s−1 조건에서 추정한다.
• 관측된 충격파를 유지하기 위해 필요한 환경 밀도 n₀ ∼ 0.2 cm⁻³ 및 총 에너지 E ∼ 1.2 × 10⁴⁶ erg를 계산한다.
• 리어파-알파 방출 영역(폭발파, 붉은 거대성 반대편)과 충돌하는 바람 네뷸라(충격파 하류)를 대조하여 스펙트럼적 분리를 설명한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 왜 1985년에 이전 스펙트럼에서 관측되지 않았던 넓은 리어파-알파 선(4000 km s−1)이 갑작스럽게 나타났는가?
• RQ2 기타 선들이 낮은 속도를 보이는데도 불구하고, 어떤 물리적 메커니즘이 이러한 넓은 리어파-알파 선을 생성할 수 있는가?
• RQ3 리어파-알파 선이 광학 및 자외선 선들과 다른 충격 영역에서 기인할 수 있는가, 특히 초기 단계 폭발파에서 기인할 수 있는가?
• RQ4 후방 충격파의 수소 원자와의 전하 이동 반응이 관측된 리어파-알파 복사수준과 프로파일을 설명하는 데 충분한가?
• RQ5 관측된 리어파-알파 선을 생성하기 위해 필요한 충격파 파rameters(속도, 밀도, 에너지)는 무엇이며, 충돌하는 바람 시나리오와 비교해 보면 어떻게 되는가?

주요 결과

• CH Cygni의 넓은 리어파-알파 선(1985년)은 충돌하는 바람 네뷸라가 아닌 백색왜성 폭발에 의해 유도된 폭발파에서 기인한다.
• 리어파-알파 선은 충격파 전면에서 속도 ≥ 4000 km s−1인 조건에서 후방 충격파의 수소 원자와의 전하 이동 반응을 통해 생성된다.
• 이 조건에서 빛의 비율 ΓLyα/Hα ≥ 10은 관측된 리어파-알파 선의 강하고 넓은 특성을 설명한다.
• 폭발 후 약 8년째에 충격파 반경은 RBW ∼ 2.25 × 10¹⁷ cm에 도달했으며, 이는 1985년 관측과 일치한다.
• 필요한 환경 밀도는 n₀ ∼ 0.2 cm⁻³이며, 폭발의 총 에너지는 E ∼ 1.2 × 10⁴⁶ erg로 추정된다.
• 충격파 후류에서의 온도는 ∼2.94 × 10⁹ K에 도달하여 근접 감마선 범위(~250 keV)의 방출 가능성을 지닌다. 그러나 시야 방향의 차폐 및 당시의 속도 감소로 인해 관측되지 않았다.