[论文解读] Eta Carinae: an evolving view of the central binary, its interacting winds and its foreground ejecta

T. R. Gull, D. J. Hillier+14 more|arXiv (Cornell University)|May 30, 2022

Astro and Planetary Science参考文献 56被引用 5

一句话总结

本研究分析了近二十年来哈勃空间望远镜/STIS紫外波段（FUV）对η Carinae的光谱，追踪其双星风、风风相互作用结构以及前景喷发物的变化。随着此前遮挡的‘掩星体’已消散，研究团队直接观测到共振线的轨道相位依赖性变化，揭示出瞬态的高速吸收翼及次星经过时产生的可见‘穿孔’效应，同时未发现主星风性质存在内在变化的证据。

ABSTRACT

FUV spectra of Eta Car, recorded across two decades with HST/STIS, document multiple changes in resonant lines caused by dissipating extinction in our line of sight. The FUV flux has increased nearly ten-fold which has led to increased ionization of the multiple shells within the Homunculus and photo-destruction of molecular hydrogen. Comparison of observed resonant line profiles with CMFGEN model profiles allows separation of wind-wind collision and shell absorptions from the primary wind, P Cygni profiles.The dissipating occulter preferentially obscured the central binary and interacting winds relative to the very extended primary wind. We are now able to monitor changes in the colliding winds with orbital phase. High velocity transient absorptions occurred across the most recent periastron passage, indicating acceleration of the primary wind by the secondary wind which leads to a downstream, high velocity bowshock that is newly generated every orbital period. There is no evidence of changes in the properties of the binary winds.

研究动机与目标

• 研究η Carinae周围环境的演化，特别是中心双星轨道对风风相互作用及喷发物电离的影响。
• 确定过去二十年观测到的光谱变化是否源于双星的长期演化或周围介质的变化。
• 通过FUV共振线直接观测并表征风风碰撞（WWC）以及次星风对主星风的影响。
• 评估因消散的掩星体导致消光减少，对中心双星及其风结构可见性的影响。
• 检验观测到的高速吸收是否具有周期性并关联于近星点通过，以判断其是否为动态风加速的标志。

提出的方法

• 获取哈勃望远镜/STIS在近四个轨道周期内、波长范围1150–1680 Å的FUV光谱，观测点尽量对应相同轨道相位，以隔离相位依赖性效应。
• 将观测到的共振线轮廓（如Si II、Ni II、C IV）与CMFGEN模型生成的合成轮廓进行比较，以分离主星风、风风碰撞及喷发物壳层的贡献。
• 分析近星点通过第11和第14次时的光谱变化，以探测如‘穿孔’效应和高速吸收翼等瞬态特征。
• 监测喷发物中离子态的变化（如H2、NaD、C II、Si II），以推断伴星紫外辐射导致的光致电离变化。
• 量化共振线的通量增加与吸收深度变化，以评估前景掩星体的消散及其对视线可见性的影响。
• 将轨道相位（φ）作为关键参数，以区分长期趋势与周期性、双星驱动的现象。

实验结果

研究问题

• RQ1 掩星体的消散是否使得中心双星连续谱及风特征在FUV波段得以直接探测？
• RQ2 在近星点通过第14次时观测到的高速吸收是否源于瞬态、周期性的风风相互作用特征（如弓形激波）？
• RQ3 过去二十年间共振线轮廓的变化是反映主星风的长期演化，还是周围喷发物的变化？
• RQ4 从−600至−1500 km s−1的瞬态吸收翼是否为与轨道相位相关的重复特征，还是仅一次事件？
• RQ5 FUV通量的增加与吸收的减弱是否表明H2和含金属喷发物壳层长期存在光致电离与光解离的趋势？

主要发现

• 过去二十年间，η Carinae的FUV通量增加了近十倍，导致Little Homunculus显著电离，Homunculus中约800条H2谱线发生光解离。
• 仅在近星点通过第14次观测到的−600至−1500 km s−1的瞬态高速吸收翼，与风风碰撞结构的后缘通过视线方向一致。
• ‘穿孔’效应——次星风在主星风中‘凿穿’形成孔洞的证据——仅在掩星体消散后于FUV波段可见，证实其在第14周期存在，而第11周期未观测到。
• Si II、C II、Al II和Al III在−100至−400 km s−1速度范围的吸收减弱，而Si IV吸收增强，表明喷发物中离子化态发生升高。
• NaD吸收组分在−146和−168 km s−1在高电离态下减弱或消失，但在近星点低电离相期间短暂重现，表明存在周期性电离调制。
• 未检测到主星风性质的显著变化，表明观测到的光谱变化主要源于周围介质的变化，而非双星本身的内在变化。