[论文解读] Crystalline silicates in Planetary Nebulae with [WC] central stars

Lbfm Waters, D. A. Beintema+7 more|University of Groningen research database (University of Groningen / Centre for Information Technology)|Feb 23, 1998

Stellar, planetary, and galactic studies被引用 14

一句话总结

本研究通过ISO-SWS红外光谱分析了两个具有[WC]型中心星的行星状星云——BD+30 3639和He 2-113——揭示了近期形成的晶质硅酸盐尘埃特征以及富含碳的尘埃（PAHs），表明在过去1,000年内，星云内部发生了从氧富集化学向碳富集化学的近期转变。研究结果表明，后AGB热脉动触发了这一变化，H和He富集层的混合解释了尽管尘埃中仍残留氢，当前[WC]型恒星组成的成因。

ABSTRACT

We present ISO-SWS spectroscopy of the cool dusty envelopes surrounding two Planetary Nebulae with [WC] central stars, BD+30~3639 and He~2-113. The lambda < 15micron region is dominated by a rising continuum with prominent emission from C-rich dust (PAHs), while the long wavelength part shows narrow solid state features from crystalline silicates. This demonstrates that the chemical composition of both stars changed very recently (less than 1000 years ago). The most likely explanation is a thermal pulse at the very end of the AGB or shortly after the AGB. The H-rich nature of the C-rich dust suggests that the change to C-rich chemistry did not remove all H. The present-day H-poor [WC] nature of the central star may be due to extensive mass loss and mixing following the late thermal pulse.

研究动机与目标

• 利用高分辨率红外光谱研究[WC]型中心星行星状星云中的尘埃成分。
• 确定这些系统中从氧富集化学向碳富集化学转变的时间和性质。
• 评估后AGB热脉动或极晚期热脉动是否最能解释[WC]型中心星的形成。
• 检查晶质硅酸盐和PAHs的存在与特性，作为近期质量损失和核合成处理的示踪剂。
• 建立BD+30 3639的尘埃发射光谱模型，并约束其质量损失率与壳层质量。

提出的方法

• 利用红外空间天文台（ISO）上的短波长光谱仪（SWS）获取2.4–45 μm波段的完整光谱扫描。
• 使用离线分析软件包版本5.3对SWS数据进行处理，应用3σ裁剪、平均化和重采样，统一至250的分辨率。
• 针对27.5和29.0 μm处因光阑变化和潜在指向误差引起的通量跳变进行校正，对BD+30 3639在3E和4波段实施17%的通量调整。
• 通过与橄榄石和辉石硅酸盐的实验室数据对比，识别固态特征。
• 通过目视减去基底连续谱，以分离出尘埃物种的窄发射特征。
• 为BD+30 3639构建尘埃模型，通过动力学年龄估计和质量损失率约束，拟合富含碳的尘埃（PAHs）和富含氧的分离壳层（晶质硅酸盐）的贡献。

实验结果

研究问题

• RQ1 在BD+30 3639和He 2-113的长波段光谱中观测到的晶质硅酸盐特征的起源是什么？
• RQ2 这些星云中心星从氧富集化学转变为碳富集化学的时期有多近？
• RQ3 这些系统中[WC]型中心星的形成最可能由后AGB热脉动还是极晚期热脉动解释？
• RQ4 富含氧的尘埃壳层的质量和动力学年龄是多少？与典型AGB质量损失 timescales 相比如何？
• RQ5 富含氢的碳富集尘埃（PAHs）的存在在多大程度上表明氢在化学转变过程中未被完全移除？

主要发现

• 在BD+30 3639和He 2-113中，λ > 20 μm波段的晶质硅酸盐特征证实，中心星在极近期内仍为氧富集状态，BD+30 3639中富含氧的壳层动力学年龄约为1,050年。
• 富含碳的尘埃（PAHs）具有氢富集特征，表明向碳富集化学的转变发生在最近，不足1,000年。
• BD+30 3639中富含碳的尘埃壳层质量约为0.01 M⊙，与年轻后AGB恒星的H和He层总质量相当，表明外层包层已被完全移除。
• 观测到的尘埃特征与极晚期热脉动模型不一致，因为此类事件无法使氧富集尘埃保存超过约1,000至1,500年。
• 数据表明，后AGB热脉动（PAGB脉动）可引发H和He富集层的充分混合，从而形成[WC]型恒星，这与早期模型预测的混合效率低下相矛盾。
• BD+30 3639中富含氧的壳层质量估计约为0.37 M⊙，暗示质量损失 timescale 约为5,000年，短于典型AGB脉动间隔。