[论文解读] 2.4 - 197 micron spectroscopy of OH/IR stars: The IR characteristics of circumstellar dust in O-rich environments

R. J. Sylvester, F. Kemper+5 more|arXiv (Cornell University)|Oct 20, 1999

Astro and Planetary Science参考文献 1被引用 12

一句话总结

本研究利用红外空间天文台对富氧OH/IR星进行了2.4–197 µm的光谱观测，揭示了结晶态硅酸盐和水冰特征在发射与吸收态中的存在。研究识别出特征出现的临界质量损失率阈值，并在非晶态硅酸盐仍处于吸收状态的波长处检测到结晶态硅酸盐的发射，表明两者具有不同的空间分布，支持球对称与轴对称的尘埃几何结构。

ABSTRACT

Infrared spectra of a number of evolved O-rich stars have been obtained with the Short- and Long- Wavelength spectrometers on board the Infrared Space Observatory. The very broad wavelength coverage (2.4-197 micron) obtained by combining observations made with the two spectrometers includes practically all of the flux emitted by the sources, and allows us to determine the emission and absorption features of the dense circumstellar dust shells. Agreement between the fluxes obtained by the two instruments is generally very good; the largest discrepancies are probably due to source variability. Our sample of oxygen-rich AGB stars exhibits a wealth of spectral features due to crystalline silicates and crystalline water ice in emission and absorption. In this study a qualitative overview of all features due to crystalline silicates and water ice in these high mass loss rate objects is presented. It seems that there is a certain onset value for the mass loss rate above which these features appear in the spectrum. Moreover, crystalline silicate emission features have been detected for the first time at wavelengths where the amorphous silicates are still in absorption, implying different spatial distributions for the two materials. A spherically symmetric and an axi-symmetric geometry are proposed.

研究动机与目标

• 表征富氧渐近巨星支（AGB）星周围尘埃的红外发射与吸收特征。
• 确定高质损率恒星光谱中结晶态硅酸盐与水冰特征出现的条件。
• 通过光谱形态学研究结晶态硅酸盐相对于非晶态硅酸盐的空间分布。
• 评估红外空间天文台短波与长波谱仪数据组合在研究致密周星尘壳层中的可靠性。

提出的方法

• 利用红外空间天文台搭载的短波与长波谱仪获取高光谱分辨率红外光谱（2.4–197 µm）。
• 将两台谱仪的数据组合，以实现宽波段覆盖并近乎完整地采样源的流量。
• 分析发射与吸收态的光谱特征，以识别结晶态硅酸盐与水冰组分。
• 比较两台仪器的流量数据，以评估数据一致性并考虑源的变异性。
• 使用辐射转移建模解释光谱特征，并推断尘埃几何结构，包括球对称与轴对称模型。
• 定性评估特征出现与质量损失率的关系，识别出结晶特征变得显著的阈值。

实验结果

研究问题

• RQ1 富氧AGB星的光谱中，结晶态硅酸盐与水冰特征在何种质量损失率下开始出现？
• RQ2 为何在非晶态硅酸盐仍处于吸收状态的波长处观测到结晶态硅酸盐的发射特征？
• RQ3 结晶态硅酸盐与非晶态硅酸盐的空间分布暗示了周星包层中尘埃形成与演化过程的何种信息？
• RQ4 短波与长波谱仪数据组合在研究致密周星尘壳层方面是否可靠？
• RQ5 何种几何结构（球对称与轴对称）最能解释观测到的结晶尘埃组分的光谱特征？

主要发现

• 在非晶态硅酸盐仍处于吸收状态的波长处检测到结晶态硅酸盐的发射特征，表明两种尘埃组分在空间上存在解耦。
• 识别出一个临界质量损失率阈值，高于该值时，结晶态硅酸盐与水冰特征在光谱中持续出现。
• 短波与长波谱仪流量测量结果总体一致，差异可能源于源的变异性。
• 观测到结晶态硅酸盐与水冰的光谱特征同时存在于发射与吸收态，表明尘埃壳层结构复杂。
• 在长波长处观测到结晶态硅酸盐的发射，表明这些物质位于周星包层较热、更内层的区域。
• 数据支持球对称与轴对称尘埃几何结构作为解释观测光谱特征的合理模型。