[论文解读] Circumstellar C2, CN, and CH+ in the optical spectra of post-AGB stars

Eric J. Bakker, E. F. van Dishoeck+2 more|arXiv (Cornell University)|Oct 9, 1996

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 7被引用 27

一句话总结

本研究分析了16颗后-AGB星体及IRC+10216的高分辨率光学光谱，以研究其周围的C2、CN和CH+分子特征。结果确认C2和CN吸收源自AGB星体的喷出物质，膨胀速度与CO谱线测量结果一致，并发现CH+的存在与热尘埃及可能在激波作用下的内区形成有关，而C2/CN则与冷尘埃及21 μm特征相关。

ABSTRACT

We present optical high-resolution spectra of a sample of sixteen post-AGB stars and IRC +10216. Of the post-AGB stars, ten show C2 Phillips and Swan and CN Red System absorption, one CH+ emission, one CH+ absorption, and four without any molecules. We find typically Trot=43-399, 155-202, and 18-50 K, log N = 14.90-15.57, 14.35, and 15.03-16.47 cm-2 for C2, CH+, and CN respectively, and 0.620. The presence of C2 and CN absorption is correlated with cold dust (Tdust<300K) and the presence of CH+ with hot dust (Tdust>300K). All objects with the unidentified 21mum emission feature exhibit C2 and CN absorption, but not all objects with C2 and CN detections exhibit a 21mum feature. The derived expansion velocity, ranging from 5 to 44 km/s, is the same as that derived from CO millimeter line emission. This unambiguously proves that these lines are of circumstellar origin and are formed in the AGB ejecta (circumstellar shell expelled during the preceding AGB phase). Furthermore there seems to be a relation between the C2 molecular column density and the expansion velocity, which is attributed to the fact that a higher carbon abundance of the dust leads to a more efficient acceleration of the AGB wind. Using simple assumptions for the location of the molecular lines and molecular abundances, mass-loss rates have been derived from the molecular absorption lines and are comparable to those obtained from CO emission lines and the infrared excess.

研究动机与目标

• 识别并表征后-AGB星体光学光谱中的周围C2、CN和CH+分子带。
• 确定AGB喷出物中分子气体的物理条件（转动温度、柱密度、膨胀速度）。
• 研究分子特征、尘埃温度与未识别的21 μm发射特征之间的关联。
• 从分子吸收线推导质量损失率，并与CO发射线及红外过量数据所得值进行比较。
• 通过对比CO和尘埃组分的运动学特征，评估CH+的起源。

提出的方法

• 利用威廉·赫歇尔望远镜上的乌得勒支衍射光栅光谱仪和麦克唐纳2.7米望远镜获取高分辨率光学光谱。
• 通过C2（菲利普斯与斯旺系统）、CN（红系统）和CH+（A1Π–X1Σ+）的转动能级分析进行分子带识别。
• 基于观测到的谱线强度构建转动图，以推导转动温度和柱密度。
• 通过分子谱线的多普勒位移测量膨胀速度，并与CO毫米波谱线数据交叉验证。
• 利用推导出的柱密度、假设的分子丰度及壳层几何结构估算质量损失率。
• 通过同位素谱线的未检测结果，为12C/13C比值设定下限（>20）。

实验结果

研究问题

• RQ1 观测到的后-AGB星体中的C2、CN和CH+特征是否为周围空间起源，且是否源自AGB喷出物？
• RQ2 C2和CN吸收的存在与冷尘埃（T_dust ≤ 300 K）或21 μm发射特征之间存在何种关系？
• RQ3 从光学分子谱线测得的膨胀速度与CO毫米波发射谱线测得的速度相比如何？
• RQ4 CH+的物理起源是什么——是在AGB喷出物中形成，还是在更热的内区（如激波作用下的双星周围盘）形成？
• RQ5 分子吸收线能否提供与CO和红外过量数据相当的可靠质量损失率估计？

主要发现

• 在16颗后-AGB星体中，10颗显示C2和CN吸收，1颗显示CH+发射，1颗显示CH+吸收，4颗未检测到分子特征。
• C2的转动温度通常为43–399 K，CH+为155–202 K，CN为18–50 K，其中C2呈超热激发态，CN呈亚热激发态。
• 柱密度为log N(C2) = 14.90–15.57 cm⁻²，log N(CH+) = 15.03–16.47 cm⁻²，log N(CN) = 14.35 cm⁻²，N(CN)/N(C2)比值在0.6至11.2之间。
• 由于未检测到同位素谱线，12C/13C同位素比值被限制在>20。
• C2和CN吸收与冷尘埃（T_dust ≤ 300 K）强烈相关，而CH+与热尘埃（T_dust ≥ 300 K）相关。
• 所有具有21 μm发射特征的恒星均表现出C2和CN吸收，但并非所有检测到C2/CN的恒星都具有21 μm特征。