[논문 리뷰] Circumstellar C2, CN, and CH+ in the optical spectra of post-AGB stars

Eric J. Bakker, E. F. van Dishoeck외 2명|arXiv (Cornell University)|1996. 10. 09.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 7인용 수 27

한 줄 요약

이 연구는 16개의 후-AGB 별과 IRC+10216의 고해상도 광학 스펙트럼을 분석하여 원환성 C2, CN, CH+ 분자의 특징을 조사한다. C2와 CN 흡수 피크는 AGB의 물질 분출에 기인하며, 확장 속도가 CO 선 측정값과 일치함을 확인하였고, CH+ 존재는 뜨거운 먼지와 충격으로 인해 발생하는 내부 영역에서의 형성과 관련이 있음을 밝혀내었으며, C2/CN는 차가운 먼지와 21 μm 특징과 연관되어 있다.

ABSTRACT

We present optical high-resolution spectra of a sample of sixteen post-AGB stars and IRC +10216. Of the post-AGB stars, ten show C2 Phillips and Swan and CN Red System absorption, one CH+ emission, one CH+ absorption, and four without any molecules. We find typically Trot=43-399, 155-202, and 18-50 K, log N = 14.90-15.57, 14.35, and 15.03-16.47 cm-2 for C2, CH+, and CN respectively, and 0.620. The presence of C2 and CN absorption is correlated with cold dust (Tdust<300K) and the presence of CH+ with hot dust (Tdust>300K). All objects with the unidentified 21mum emission feature exhibit C2 and CN absorption, but not all objects with C2 and CN detections exhibit a 21mum feature. The derived expansion velocity, ranging from 5 to 44 km/s, is the same as that derived from CO millimeter line emission. This unambiguously proves that these lines are of circumstellar origin and are formed in the AGB ejecta (circumstellar shell expelled during the preceding AGB phase). Furthermore there seems to be a relation between the C2 molecular column density and the expansion velocity, which is attributed to the fact that a higher carbon abundance of the dust leads to a more efficient acceleration of the AGB wind. Using simple assumptions for the location of the molecular lines and molecular abundances, mass-loss rates have been derived from the molecular absorption lines and are comparable to those obtained from CO emission lines and the infrared excess.

연구 동기 및 목표

• 후-AGB 별의 광학 스펙트럼에서 원환성 C2, CN, CH+ 분자의 밴드를 식별하고 특성화하는 것.
• AGB 분출 영역 내 분자 기체의 물리 조건(회전 온도, 열량 농도, 확장 속도)을 결정하는 것.
• 분자 특징, 먼지 온도, 미해결 21 μm 발광 특징 간의 상관관계를 조사하는 것.
• 분자 흡수선으로부터 질량 손실률을 유도하고, CO 발광 및 적외선 과잉 값과 비교하는 것.
• CH+의 기원을 CO 및 먼지 성분의 운동학과 비교함으로써 평가하는 것.

제안 방법

• 고해상도 광학 스펙트럼은 윌리엄 허셜 망원경과 맥도날드 2.7m 망원경에 장착된 욜렌트 에클레스 스펙트로그래프를 사용하여 확보하였다.
• 분자 밴드 식별은 C2(필리프스 및 스완 체계), CN(레드 체계), CH+(A1Π–X1Σ+)의 회전 전이 분석을 통해 수행되었다.
• 관측된 선 강도를 바탕으로 회전 다이어그램을 구성하여 회전 온도와 열량 농도를 유도하였다.
• 분자 선의 도플러 시프트를 측정하여 확장 속도를 측정하였으며, CO 밀리미터 선 데이터와 교차 검증하였다.
• 유도된 열량 농도와 가정된 분자 농도 및 셸 레이아웃 기하학을 사용하여 질량 손실률을 추정하였다.
• 동위 원소 선 비검출을 이용해 12C/13C 비율에 하한선(>20)을 설정하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 관측된 C2, CN, CH+ 특징은 후-AGB 별에서 원환성 기원을 가지며, AGB 분출 영역에서 기인하는가?
• RQ2 C2와 CN 흡수의 존재는 차가운 먼지(T_dust ≤ 300 K) 또는 21 μm 발광 특징의 존재와 어떤 관계가 있는가?
• RQ3 광학 분자 선으로부터 유도된 확장 속도는 CO 밀리미터 발광으로부터의 값과 어떻게 비교되는가?
• RQ4 CH+의 물리적 기원은 무엇인가—AGB 분출 영역에서 형성되는가, 아니면 충격으로 인해 뜨거운 내부 영역(예: 충격을 입은 원형이중성 디스크)에서 형성되는가?
• RQ5 분자 흡수선은 CO 및 적외선 과잉 값과 비교해도 신뢰할 수 있는 질량 손실률 추정치를 제공할 수 있는가?

주요 결과

• 16개의 후-AGB 별 중 10개에서 C2와 CN 흡수를, 1개에서 CH+ 발광을, 1개에서 CH+ 흡수를, 4개에서는 분자 특징을 관측하지 못함.
• 회전 온도는 C2의 경우 일반적으로 43–399 K, CH+의 경우 155–202 K, CN의 경우 18–50 K이며, C2는 초열역학적 흥분, CN은 열역학적 이하 흥분 상태임.
• 열량 농도는 log N(C2) = 14.90–15.57 cm⁻², log N(CH+) = 15.03–16.47 cm⁻², log N(CN) = 14.35 cm⁻²이며, N(CN)/N(C2) 비율은 0.6에서 11.2 사이.
• 동위원소 선 비검출로 인해 12C/13C 비율이 >20로 제약됨.
• C2와 CN 흡수는 차가운 먼지(T_dust ≤ 300 K)와 강하게 상관되며, CH+는 뜨거운 먼지(T_dust ≥ 300 K)와 연관됨.
• 21 μm 발광 특징을 보이는 모든 별에서 C2와 CN 흡수를 관측하였지만, C2/CN를 검출한 모든 별에서 21 μm 특징을 보이진 않았음.