[论文解读] An optical absorption study of the Helix Planetary Nebula: NaI and CaII lines, and a search for diffuse bands

N. Mauron, T. R. Kendall|ArXiv.org|Sep 1, 2004

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 36被引用 3

一句话总结

本研究利用8颗背景恒星的高分辨率VLT/UVES光谱，探测了螺旋星云（NGC 7293）星周环境中的漫射带（DIB）吸收。尽管在两条视线方向检测到与星周起源一致的强Na I吸收，但未发现任何DIB，表明DIB载体在该富碳行星状星云的中性气体中并不丰富。

ABSTRACT

We present the results of an optical absorption study of NGC 7293, the Helix planetary nebula (PN), designed to search for diffuse band (DIB) absorptions perhaps arising in the carbon-rich circumstellar matter of the PN. We made high resolution spectra of 8 stars located close to and behind the Helix. Through a detailed analysis of the NaI and CaII lines, we find that two lines of sight situated close to the PN as mapped in CO and HI exhibit very strong NaI absorption. This absorption is due to the PN neutral or molecular material. No corresponding CaII line is observed in agreement with the very high Ca depletion often observed in PNs. No trace of any DIB features was found in these two circumstellar lines of sight (shortened abstract).

研究动机与目标

• 在富碳螺旋星云（NGC 7293）的星周包层中搜索漫射带（DIB）吸收。
• 确定DIB载体是否存在于行星状星云的中性或分子气体中，特别是在碳丰度较高的区域。
• 利用背景恒星作为探针，将星周吸收与星际及恒星大气特征分离。
• 通过在星云多个视线方向进行观测，研究DIB的空间非均匀性。
• 评估行星状星云作为DIB载体形成场所的潜在作用，鉴于其富碳环境。

提出的方法

• 使用位于螺旋星云附近且在其后方的8颗背景恒星，通过VLT/UVES仪器进行高分辨率（R ≈ 50,000）光学光谱观测。
• 基于UBV和2MASS测光数据选择恒星，以估计光谱型（主要为F-G型主序星）和距离（200–1500 pc），确保其中若干颗位于星云之后较远距离（210 pc）。
• 光谱分析聚焦于Na I D1和D2线以及Ca II K线，以区分星际介质（ISM）吸收与星周吸收，利用Ca II在行星状星云中强烈耗竭的特性。
• 测量Na I和Ca II线的等效宽度，并与基于消光图和该区域三颗明亮恒星的ISM线数据推导出的预期ISM贡献进行比较。
• 在已知波长处（如λ5780、λ6614）搜索漫射带（DIB）特征，并根据信噪比和光谱分辨率建立等效宽度的上限。
• 在强Na I吸收的视线方向未检测到对应的Ca II K吸收，支持Na I吸收具有星周起源，因为Ca在行星状星云的冷中性相中通常被耗竭。

实验结果

研究问题

• RQ1 在富碳螺旋星云的星周环境中是否可探测到漫射带（DIB）？
• RQ2 在两条视线方向观测到的强Na I吸收是源自星际介质还是星云的星周物质？
• RQ3 是否存在DIB载体存在于行星状星云的中性或分子气体中的证据，特别是在碳丰度较高的区域？
• RQ4 行星状星云的非均匀结构如何影响DIB的可探测性？多视线方向观测是否能提高灵敏度？
• RQ5 在强Na I吸收中未检测到Ca II K吸收，是否可作为行星状星云中星周起源的诊断工具？

主要发现

• 两条视线方向（目标#4和#5）表现出强Na I D2吸收，其等效宽度超过1000 mÅ，远高于预期的ISM贡献（约200 mÅ）。
• 在这两条视线方向中未检测到对应的Ca II K吸收，支持Na I吸收具有星周起源，与行星状星云冷中性相中Ca强烈耗竭的特性一致。
• 在全部8条视线方向中均未检测到漫射带特征，包括两条强星周视线方向，λ6614的DIB等效宽度上限为5–20 mÅ。
• 由于高银纬（b = -57°），强Na I吸收在星周视线方向中与ISM起源不一致，因为该区域ISM柱密度较低。
• 尽管环境富碳，但在螺旋星云中未检测到DIB，表明DIB载体在这些星周区域中并未大量形成。
• 星周视线方向为探测C2和CN等分子物种（这些物种在射电波段不可见）以及探测星云中的总氢柱密度开辟了新途径。