[论文解读] Investigating the nature of the Fried Egg nebula: CO mm-line and optical spectroscopy of IRAS 17163-3907

S. H. J. Wallström, S. Müller+6 more|arXiv (Cornell University)|Jan 14, 2015

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 21被引用 5

一句话总结

本研究通过CO毫米线和光学光谱确认IRAS 17163–3907为黄超巨星，揭示其具有复杂且不对称的双极喷流，存在可分辨的速度梯度及强烈的P-Cyg轮廓。数据表明其动力学与光谱特征与典型的黄超巨星IRC+10420相似，支持其分类，并表明其经历强烈的质量损失。

ABSTRACT

Through CO mm-line and optical spectroscopy, we investigate the properties of the Fried Egg nebula IRAS 17163-3907, which has recently been proposed to be one of the rare members of the yellow hypergiant class. The CO J=2-1 and J=3-2 emission arises from a region within 20" of the star and is clearly associated with the circumstellar material. The CO lines show a multi-component asymmetrical profile, and an unexpected velocity gradient is resolved in the east-west direction, suggesting a bipolar outflow. This is in contrast with the apparent symmetry of the dust envelope as observed in the infrared. The optical spectrum of IRAS 17163-3907 between 5100 and 9000 Å was compared with that of the archetypal yellow hypergiant IRC+10420 and was found to be very similar. These results build on previous evidence that IRAS 17163-3907 is a yellow hypergiant.

研究动机与目标

• 调查最近被提出为黄超巨星的弗里德蛋星云IRAS 17163–3907的性质。
• 利用CO转动能级跃迁发射线研究其包层的运动学结构。
• 将IRAS 17163的光学光谱与典型黄超巨星IRC+10420的光谱进行比较，以评估光谱相似性。
• 通过光谱线分析约束该系统的质量损失历史与动力学特性。

提出的方法

• 利用APEX望远镜在230 GHz（CO J=2–1）和345 GHz（CO J=3–2）波段进行即时映射观测，以探测分子辐射。
• 采用源外位置开关校准方法，选择干净的背景源位置，以最小化前景污染。
• 利用Mercator望远镜获取高分辨率光学光谱（5100–9000 Å），以分析吸收线与发射线。
• 分析CO谱线轮廓的不对称性、速度梯度以及蓝、红成分之间的空间偏移。
• 通过Ca II P-Cyg轮廓蓝端测量终端风速，以估算恒星质量。
• 将IRAS 17163的光学线轮廓与等效宽度与IRC+10420进行比较，以评估光谱相似性及绝对星等。

实验结果

研究问题

• RQ1 IRAS 17163–3907的包层CO辐射是否与双极喷流相关？其运动学结构如何？
• RQ2 CO辐射中的速度梯度如何与红外波段观测到的尘埃包层形态相关联？
• RQ3 IRAS 17163的光学光谱在多大程度上与典型黄超巨星IRC+10420相似？
• RQ4 恒星风的终端速度是多少？其对恒星质量与演化状态有何启示？
• RQ5 观测到的谱线不对称性与速度差异是否可由脉动或双星伴星解释？

主要发现

• 在系统速度+70 km s⁻¹处检测到CO J=2–1与J=3–2发射线，其对应于恒星周围20角秒范围内的包层物质。
• CO谱线轮廓呈现不对称性，蓝侧成分显示多个峰值，红侧成分更宽但更微弱，表明喷流动力学复杂。
• 蓝、红发射峰之间分辨出约18角秒的速度梯度，表明东西方向存在不对称的双极喷流。
• IRAS 17163的光学光谱在Hα与Ca II处显示强烈的P-Cyg轮廓，表明存在大量外流物质，终端风速约为150 km s⁻¹。
• 利用O I（7774 Å）三重线等效宽度估算其绝对V星等为M_V = –10，与IRC+10420一致。
• 根据逃逸速度关系估算恒星质量约为22 M⊙，与黄超巨星预期的初始质量范围（20–40 M⊙）相符。