[论文解读] Silicate emission in Orion

D. Cesarsky, A. P. Jones+2 more|arXiv (Cornell University)|Feb 14, 2000

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 1被引用 6

一句话总结

本论文利用ISO的CAM-CVF和SWS仪器，对猎户座bar及星云进行了中红外光谱成像与高分辨率光谱观测，揭示了H II区及θ² Ori A周围广泛存在的非晶态硅酸盐发射，同时提供了结晶硅酸盐存在的额外证据，其来源可能为星际介质。数据表明，尘埃发射最适宜由附近大质量热星加热的星际硅酸盐与碳质颗粒混合物来建模，而芳香红外带（AIBs）则描绘了光致离解区的结构。

ABSTRACT

We present mid-infrared spectro-imagery and high-resolution spectroscopy of the Orion bar and of a region in the Orion nebula. These observations have been obtained in the Guaranteed Time with the Circular Variable Filters of the ISO camera (CAM-CVF) and with the Short Wavelength Spectrometer (SWS), on board the European Infrared Space Observatory (ISO). Our data shows emission from amorphous silicate grains from the entire HII region and around the isolated O9.5V star Theta2 Ori A. The observed spectra can be reproduced by a mixture of interstellar silicate and carbon grains heated by the radiation of the hot stars present in the region. Crystalline silicates are also observed in the Orion nebula and suspected around Theta2 Ori A. They are probably of interstellar origin. The ionization structure and the distribution of the carriers of the Aromatic Infrared Bands (AIBs) are briefly discussed on the basis of the ISO observations.

研究动机与目标

• 利用高分辨率ISO光谱学表征猎户座bar及星云中的中红外硅酸盐发射。
• 确定导致观测到的硅酸盐发射的尘埃颗粒的来源与成分，区分非晶态与结晶态相。
• 研究芳香红外带（AIBs）与电离细结构线的空间分布，及其与H II区电离结构的关系。
• 对连续谱发射进行建模，并约束该区域大质量恒星加热尘埃的物理条件。
• 评估视线方向混合效应对不同区域AIB特征光谱变化的掩盖程度。

提出的方法

• 利用ISO相机（CAM）上的环形可变滤波器（CVFs）进行成像光谱测光，波段覆盖5.15–16.5 μm，分辨率R ≈ 40。
• 利用短波长光谱仪（SWS）获取高分辨率光谱（R ≈ 1000），对H II区内的一个区域进行详细的光谱分析。
• 通过数值积分和光谱模板的最小二乘拟合（包括洛伦兹型与高斯型轮廓）估算AIBs和细结构线的发射强度。
• 构建了一个包含十一个发射特征（AIBs与离子线）的自定义光谱模板，将各视线方向的峰值强度归一化为单位强度，使用最小二乘算法拟合，背景为抛物线型。
• 拟合过程在每条视线方向上使用130个光谱点，共14个自由参数（11个线强度，3个多项式系数），并检查模型收敛性至15 μm。
• 通过三种方法对比验证该方法：数值积分、轮廓拟合与模板拟合，结果显示模板拟合结果与轮廓拟合结果在20%以内一致，表明方法可靠。

实验结果

研究问题

• RQ1 非晶态硅酸盐发射在猎户座H II区及θ² Ori A周围的分布如何？
• RQ2 猎户座星云中是否存在结晶硅酸盐？其来源可能为何？
• RQ3 芳香红外带（AIBs）的分布与[Ne ii]和[Ar iii]等电离气体示踪剂的分布有何关联？
• RQ4 视线方向混合效应对猎户座bar不同区域AIB特征光谱变化的掩盖程度有多大？
• RQ5 星际硅酸盐与碳质尘埃对观测到的中红外连续谱发射的相对贡献如何？

主要发现

• 在整个H II区及θ² Ori A周围均检测到9.7 μm和18 μm处的非晶态硅酸盐发射，与附近大质量热星加热尘埃的机制一致。
• 观测到的硅酸盐发射最能由星际硅酸盐与碳质颗粒的混合物拟合，表明弥散星际尘埃占主导贡献。
• 在猎户座星云中检测到结晶硅酸盐，且在θ² Ori A周围也存在疑似结晶硅酸盐，其来源可能为星际介质，而非局部形成。
• 6.2 μm和11.3 μm处的AIBs具有相同的分布，表明其处于相同的激发环境，且区域内光谱特征无显著变化。
• 在12.7 μm CVF波段中，[Ne ii] 12.8 μm线占主导地位，解释了该波段与[Ar iii]线图之间的相似性。
• 基于模板的光谱特征拟合方法在20%以内与轮廓拟合结果一致，验证了该方法的可靠性，尽管光谱分辨率较低。