[论文解读] Infrared spectroscopy of young supernova remnants heavily interacting with the interstellar medium

E. Oliva, A. F. M. Moorwood+3 more|arXiv (Cornell University)|Jan 19, 1999

Astrophysics and Cosmic Phenomena被引用 4

一句话总结

本文通过ISO红外光谱研究了年轻超新星遗迹RCW103，揭示了[NeII]、[SiII]、[FeII]和[NiII]的强发射线，表明尘埃颗粒已完全破坏。观测到的谱线强度和宽度与仅来自激波后区域的发射一致，挑战了预测强烈前驱发射（尤其是高度电离物种）的激波模型。

ABSTRACT

ISO spectral observations of the supernova remnant RCW103 are presented. This object is the prototype of relatively young remnants with fast shocks interacting with dense interstellar medium. The spectrum is dominated by prominent lines of [NeII], [SiII], [FeII] and other low excitation species which provide, for the first time, a simple and reliable estimate of the gas abundances of refractory (Si, Fe, Ni) and non-refractory (Ne, P, S, Cl, Ar) species. Apart from nickel, all the derived abundances are close to solar, confirming that the shock has destroyed all dust grains. Like the optical nickel lines, [NiII] 6.64micron yields Ni abundances a factor ~10 solar which we propose results from a large underestimation of the computed Ni+ collision strengths. The observed intensities and velocity widths of ionic lines are compatible with emission from the post-shock region alone with only a very small (if any) contribution from the photoionized precursor. This result does not agree with shock models which predict that the precursor should emit powerful line emission, especially from highly ionized species. The possible consequence of this on the modelling of Seyfert spectra is briefly discussed.

研究动机与目标

• 测量在与致密星际介质强烈相互作用的年轻超新星遗迹中难熔与非难熔元素的丰度。
• 通过激波加热气体的红外谱线发射评估尘埃颗粒破坏的程度。
• 检验激波模型关于光致电离前驱区域发射的预测。
• 解决由光学与红外谱线得出的镍丰度估计值之间的差异。
• 评估这些发现对活动星系核建模的影响，特别是塞弗特星系光谱。

提出的方法

• 获取RCW103在红外波段的ISO短波与长波谱 photometric 数据。
• 识别并测量显著的离子发射线，包括[NeII] 12.81µm、[SiII] 34.8µm、[FeII] 25.99µm和[NiII] 6.64µm。
• 将观测到的谱线强度与理论激波模型进行比较，以推断激波条件与电离结构。
• 利用谱线速度宽度区分来自激波后区与前驱区的发射。
• 利用观测到的谱线流量与原子数据，计算相对于氢的元素丰度。
• 评估Ni+离子的碰撞强度值，以调和观测到的[NiII]谱线强度与太阳丰度预期之间的差异。

实验结果

研究问题

• RQ1 在与致密ISM相互作用的年轻SNR中，难熔元素如Si、Fe和Ni在气相中释放的程度如何？
• RQ2 观测到的红外谱线强度与宽度在多大程度上限制了发射区域——是激波后区还是光致电离前驱区？
• RQ3 为何[NiII] 6.64µm谱线强度显著强于太阳丰度模型的预期？
• RQ4 当前的激波模型是否准确预测了前驱区发射，特别是高度电离物种的发射？
• RQ5 这些发现对建模塞弗特星系中电离气体有何影响？

主要发现

• RCW103的光谱主要由低激发离子谱线主导，表明激波中尘埃颗粒被高效破坏。
• Si、Fe、Ne、P、S、Cl和Ar的丰度与太阳值一致，证实了尘埃的完全处理。
• [NiII] 6.64µm谱线强度表明镍丰度约为太阳丰度的10倍，暗示理论模型中对Ni+碰撞强度的显著低估。
• 观测到的谱线强度与速度宽度最能用仅来自激波后区的发射来解释，前驱区贡献可忽略。
• 缺乏强烈的前驱区发射与标准激波模型的预测相矛盾，后者预期在前驱区中高度电离物种有显著发射。
• 这一差异可能影响对塞弗特星系光谱中电离气体组分的解释，特别是在存在快速激波的区域。