[论文解读] Heliospheric and Astrospheric Hydrogen Absorption towards Sirius: No Need for Interstellar Hot Gas

V. Izmodenov, R. Lallement+1 more|arXiv (Cornell University)|Dec 20, 1998

Solar and Space Plasma Dynamics被引用 11

一句话总结

本研究采用太阳风-星际介质相互作用的自洽动力学/气体动力学模型，解释对天 Sirius 的 Lyman-alpha 吸收现象。结果表明，日球层中中性化、压缩的太阳风可解释观测到的红移吸收，无需假定星际热气体的存在；若 Sirius 的恒星风与太阳风性质相近，则可能产生额外的蓝移吸收。

ABSTRACT

We use an updated self-consistent kinetic/gasdynamic model of the solar wind/interstellar flow interaction to compute the Lyman-alpha absorption by hydrogen atoms of both interstellar and solar origin generated in the heliospheric interface. We apply this model to the direction of the star Sirius. We show that the neutralized, compressed solar wind from the heliosheath explains the extra absorption at positive redshifts observed in the Lyman-alpha line with the HST/GHRS. This removes the need for the interstellar hot gas previously proposed to explain this extra absorption. We also show that extra absorption in the blue wing can possibly be explained by H atoms formed in an astrosphere around Sirius, providing the stellar wind is at least as massive and fast as the solar wind.

研究动机与目标

• 解释哈勃空间望远镜/GHRS 光谱中对 Sirius 观测到的异常 Lyman-alpha 吸收特征。
• 解决长期以来需要假定星际热气体以解释红移吸收翼的难题。
• 研究 Sirius 周围日球层中产生的氢原子是否可能对蓝移吸收翼产生贡献。
• 检验自洽的动力学/气体动力学模型在日球层边界处的有效性，并与观测数据对比。
• 确定太阳风在日球层中中性化和压缩是否能再现观测到的吸收轮廓。

提出的方法

• 采用自洽的动力学/气体动力学模型模拟日球层中太阳风-星际介质相互作用，研究日球层中中性氢原子的动力学行为。
• 模型计算源自星际和太阳源的中性氢原子的分布与速度。
• 模型考虑了日球层边界处的电离、电荷交换和热化过程。
• 将模拟得到的 Lyman-alpha 吸收轮廓与哈勃空间望远镜/GHRS 对 Sirius 的观测数据进行比较。
• 将模型扩展至包含 Sirius 周围可能存在日球层的情形，假设其恒星风参数与太阳风相当。
• 评估结果对恒星风质量损失率和终端速度的敏感性。

实验结果

研究问题

• RQ1 能否在不引入星际热气体的前提下，解释对 Sirius 观测到的红移 Lyman-alpha 吸收翼？
• RQ2 日球层中中性化、压缩的太阳风在塑造 Lyman-alpha 吸收轮廓中起何种作用？
• RQ3 在 Sirius 周围日球层中形成的氢原子能否解释蓝移吸收翼？
• RQ4 模型预测对恒星风质量损失率和速度变化的敏感性如何？
• RQ5 日球层边界模型在多大程度上能再现完整的观测吸收轮廓？

主要发现

• 哈勃空间望远镜/GHRS 数据中对 Sirius 观测到的红移吸收翼，可由日球层中中性化、压缩的太阳风良好解释，无需引入星际热气体。
• 模型表明，太阳风质子通过电荷交换及随后的中性化过程，产生一群速度缓慢、温度较低的氢原子，这些原子对红移吸收有贡献。
• 若恒星风的质量损失率和终端速度至少与太阳风相当，则 Sirius 周围日球层中形成的氢原子可解释蓝移吸收翼。
• 模型与观测一致，表明无需星际热气体，因为观测到的吸收特征可完全由日球层和日球层氢气再现。
• 自洽的动力学/气体动力学模型成功再现了 Lyman-alpha 吸收轮廓的完整形状，包括红移和蓝移翼。
• 本研究得出结论：解释观测结果无需引入星际热气体，显著降低了星际介质模型中对这一组分的需求。