[論文レビュー] PAHs and crystalline silicates in the post-AGB star IRAS 16279-4757

M. Matsuura, A. A. Zijlstra+8 more|Feb 2, 2004

Stellar, planetary, and galactic studies被引用数 25

ひとこと要約

本研究は、Post-AGB星 IRAS 16279-4757 の最初のミッドインフラレッド画像を提示し、PAH放射が噴流で強化され、結晶性ケイ酸塩が中心部に集中する二重極性構造を明らかにした。データは、高密度で酸素を豊富に含むトーラスと低密度で炭素を豊富に含む二重極性噴流を有する循環双星ディスクモデルを支持しており、トーラスの形成が最近にさかのぼり、AGB噴流内でのケイ酸塩の局所的結晶化が起こった可能性を示唆している。

ABSTRACT

IRAS 16279-4757 belongs to a group of post-AGB stars showing both PAH bands and crystalline silicates. We present mid-infrared images, that resolve the object for the first time. The morphology is similar to that of the `Red Rectangle' (HD 44179), the prototype object with PAHs and crystalline silicates. A two-component model and images suggest a dense oxygen-rich torus, an inner, low-density carbon-rich region and a carbon-rich bipolar outflow. The PAH bands are enhanced at the outflow, while the continuum emission is concentrated towards the center. Our findings support the suggestion that mixed chemistry and morphology are closely related. We discuss the ISO/SWS spectra of IRAS 16279-4757. Several bands in the ISO/SWS spectrum show a match with anorthite: this would be the first detection of this mineral outside the solar system. Compared to HD 44179, the shapes of PAH bands are closer to those of planetary nebulae, possibly related to a population of small PAHs present HD 44179, but absent around IRAS 16279-4757. Detailed examination of the spectra shows the individual character of these two objects. The comparison suggests that the torus found in IRAS 16279-4757 may have formed more recently than that in HD 44179.

研究の動機と目的

• ミッドインフラレッド画像を用いて、Post-AGB星 IRAS 16279-4757 における PAH と結晶性ケイ酸塩の空間的分布を解明すること。
• 酸素を豊富に含む物質と炭素を豊富に含む物質が混合する Post-AGB 星の化学的性質を説明する循環双星ディスク仮説を検証すること。
• 原型的赤い長方形星（HD 44179）と比較して、IRAS 16279-4757 の形態的特徴とスペクトル的特徴を検討し、進化の違いを推測すること。
• 結晶性ケイ酸塩の起源と温度を調査し、特にアノルサイトやデオプシドの潜在的検出を検討すること。
• 衝撃波と質量放出率が、AGB 階段および Post-AGB 階段におけるアモルファスケイ酸塩の結晶化に果たす役割を評価すること。

提案手法

• ESO 3.6メートル望遠鏡の TIMMI-2 を用いて、10 および 18 µm でのミッドインフラレッド画像を取得し、 diffraction-limited 解像度（約 0.7–1.4 arcsec）を達成した。
• 6 種類の狭帯域フィルタ（N7.9 から Q バンド）を用いたアパーチャー光度測定により、全波長密度を測定し、スペクトルエネルギー分布を構築した。
• 北–南方向に配置された 1.2 × 50 arcsec のスリットを用いて 10 µm スペクトロスコピーを実施し、波長分解能は約 160（λ/Δλ）であった。
• チョップ・ノード技術を用いて背景を差し引いた後、Eclipse および IDL ソフトウェアを用いてデータを補正し、空域および機器ノイズを最小限に抑えた。
• ISO/SWS スペクトルと、アノルサイトおよびデオプシドを含む結晶性ケイ酸塩の実験室データを比較し、鉱物特徴を同定した。
• 観測された形態的およびスペクトル的特徴を説明するため、高密度で酸素を豊富に含むトーラスと低密度で炭素を豊富に含む二重極性噴流の二成分モデルを構築した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 IRAS 16279-4757 における PAH と結晶性ケイ酸塩の空間的分布はどのようなものか。また、赤い長方形星と比較してどう異なるか。
• RQ2 観測された形態は、酸素を豊富に含むケイ酸塩と後から形成された炭素を豊富に含む噴流を有する循環双星ディスクモデルと整合性があるか。
• RQ3 IRAS 16279-4757 の結晶性ケイ酸塩バンドは、アノルサイトのような特定の鉱物に起因するものとみなせるか。これはその起源に何を示唆するか。
• RQ4 IRAS 16279-4757 の結晶性ケイ酸塩が HD 44179 よりも低温（T < 110 K）であるという事実は、何を意味するか。
• RQ5 質量放出率と衝撃波プロセスは、AGB 階段および Post-AGB 階段におけるアモルファスケイ酸塩の結晶化にどのように寄与するか。

主な発見

• ミッドインフラレッド画像により、IRAS 16279-4757 が初めて解像され、延長された PAH 放射と 11.9 および 18 µm での長方形形状の連続スペクトルを示す二重極性構造が明らかになった。
• PAH バンドは SW および NE 噴流領域で強化されており、連続スペクトルは中心で最も強く、酸素を豊富に含む物質に PAH が遮蔽されていないことを示唆している。
• 酸素を豊富に含む成分は、球殻ではなく、高密度で広がったトーラスとしてモデル化するのが最も適切であり、これは極方向への放射の透過を可能にする。
• IRAS 16279-4757 の結晶性ケイ酸塩バンドは、HD 44179 よりも弱く、低温（T < 110 K）であるため、より若いか、不安定なトーラス構造である可能性がある。
• ISO/SWS スペクトルは、18 µm 付近のアノルサイト特徴とやや一致するが、太陽系外でこの鉱物が潜在的に検出された最初の例である可能性がある。
• 約 5 × 10⁻⁴ M☉ yr⁻¹ の質量放出率は、AGB 噴流内での高温アニールに十分な条件を提供しており、ディスク形成以前の局所的結晶化を支持する。