[论文解读] Spectroscopy of southern Galactic disk planetary nebulae. Notes on chemical composition and emission-line stars

S. K. Górny|Jun 4, 2014

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 31被引用 8

一句话总结

本研究对银河系南天银盘区域53个行星状星云（PNe）进行了低分辨率光谱观测，其银心距为5–10 kpc，通过经验法测定了其星云化学丰度与等离子体参数。研究发现了六颗新的发射线中心星（包括WEL、VL和[WR]型），证实了其演化独立性，并发现O/H丰度比支持银河系内盘中化学梯度的平坦化，且He/H与Ne/Ar丰度比与银心区及内盘PNe样本相比可能存在差异。

ABSTRACT

We present low resolution spectroscopic observations for a sample of 53 planetary nebulae (PNe) located in the southern sky between Vela and Norma constellations and pertaining to the Galactic disk with expected Galactocentric distance range of 5 to 10 kpc. We derive nebular chemical composition and plasma parameters with the classical empirical method. For most of the observed objects, this has been done for the first time. The distributions of the chemical abundances of the observed disk sample are generally indistinguishable from Galactic bulge and inner-disk PNe populations. The exceptions are possible differences in the He/H distribution, as compared to bulge PNe and Ne/Ar, compared to inner-disk PNe sample. The derived O/H ratios for the observed disk PNe fit to the concept of flattening of the chemical gradient in the inner parts of the Milky Way. We use the spectra to search for emission-line central stars in the observed sample. We found 6 new emission-line central stars comprising examples of all known types: WEL, VL and [WR]. We confirm that these types represent three evolutionary unconnected forms of enhanced mass-loss in the central stars of PNe. We note on the problem of high ionisation PNe with nebular CIV emission that can mimic the presence of WEL central stars in 1D spectra.

研究动机与目标

• 通过观测银心距5–10 kpc的南天53个PNe，减少银河系PNe研究中的观测选择偏差。
• 利用经典经验法推导这些PNe的星云化学丰度与等离子体参数，为其中大多数天体提供首次此类分析。
• 识别并分类样本中的发射线中心星，特别是WEL、VL和[WR]等稀有类型。
• 将银盘PNe的化学组成与银河系银心区及内盘区域的PNe进行比较，评估丰度梯度与化学演化模式。

提出的方法

• 在南非天文台对南天Vela–Norma区域的53个PNe进行了低分辨率光学光谱观测。
• 基于碰撞激发线（CELs）与复合线，利用经验法推导星云化学丰度（He/H、N/H、O/H、Ne/H、S/H、Ar/H、Cl/H）。
• 通过诊断线比值（包括[O III] λ4363/λ5007与[S II] λ6717/λ6731）估算电子温度（Te）与电子密度（ne）。
• 利用光谱分析检测并分类发射线中心星，特别关注WEL、VL和[WR]类型。
• 将观测到的丰度分布与现有银河系银心区及内盘PNe样本数据进行比较，评估化学梯度与演化趋势。
• 评估高电离PNe中C IV发射可能产生的混淆效应，以避免在1D光谱中误判WEL星。

实验结果

研究问题

• RQ1 南天银盘PNe（5–10 kpc）的星云化学丰度与银河系银心区及内盘PNe相比如何？
• RQ2 该样本中发射线中心星的分布特征为何？它们是否代表不同的演化路径？
• RQ3 观测到的O/H丰度比是否支持银河系内盘中氧丰度梯度的平坦化？
• RQ4 高电离PNe中的C IV发射是否能在1D光谱中模拟出WEL型中心星的光谱特征？
• RQ5 银盘PNe与银心区或内盘PNe在He/H与Ne/Ar丰度比上是否存在可测量的差异？

主要发现

• 观测银盘PNe的O/H丰度比与银河系内盘中化学梯度平坦化一致，支持银心区域金属丰度变化减小的观点。
• 银盘样本中He/H分布与银河系银心PNe相比可能存在差异，提示其增丰历史或选择效应不同。
• 银盘PNe的Ne/Ar丰度比与内盘样本存在差异，表明核合成产额或观测偏差可能存在变化。
• 共识别出六颗新的发射线中心星，涵盖所有已知类型：WEL、VL与[WR]，证实其演化独立性。
• 高电离PNe中的C IV发射可在1D光谱中模拟出WEL型特征，若不仔细分析，存在误分类风险。
• 大多数PNe的化学丰度为首次报告，显著提升了银河系PNe丰度数据库的完整性。