[论文解读] Planetary Nebulae with UVIT II: Revelations from FUV vision of Butterfly Nebula NGC 6302

N. Kameswara Rao, Orsola De Marco+5 more|arXiv (Cornell University)|Oct 4, 2018

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 48被引用 4

一句话总结

利用ASTROSAT上的UVIT，本研究在蝴蝶星云NGC 6302中发现了在光学和近紫外波段未被探测到的延伸远紫外（FUV）瓣状结构和正交的喷流状结构。FUV瓣状结构的方位角为113°，延伸至5角分，可能源自荧光H₂发射，代表约2200年前触发的光学双极喷流之前的一个更早、独立的喷发阶段。

ABSTRACT

The high excitation planetary nebula, NGC 6302, has been imaged in two far-ultraviolet (FUV) filters, F169M (Sapphire; λ$_{ m eff}$: 1608 Å) and F172M (Silica; λ$_{ m eff}$: 1717 Å) and two NUV filters, N219M (B15; λ$_{ m eff}$: 2196 Å) and N279N (N2; λ$_{ m eff}$: 2792 Å) with the Ultra Violet Imaging Telescope (UVIT). The FUV F169M image shows faint emission lobes that extend to about 5 arcmin on either side of the central source. Faint orthogonal collimated jet-like structures are present on either side of the FUV lobes through the central source. These structures are not present in the two NUV filters nor in the FUV F172M filter. Optical and IR images of NGC 6302 show bright emission bipolar lobes in the east-west direction with a massive torus of molecular gas and dust seen as a dark lane in the north-south direction. The FUV lobes are much more extended and oriented at a position angle of 113°. They and the jet-like structures might be remnants of an earlier evolutionary phase, prior to the dramatic explosive event that triggered the Hubble type bipolar flows approximately 2200 years ago. The source of the FUV lobe and jet emission is not known, but is likely due to fluorescent emission from H$_2$ molecules. The cause of the difference in orientation of optical and FUV lobes is not clear and, we speculate, could be related to two binary interactions.

研究动机与目标

• 利用ASTROSAT上的UVIT研究行星状星云NGC 6302的远紫外（FUV）形态。
• 识别并表征此前未被探测到的FUV结构，如延伸的瓣状结构和准直的喷流，超越已知的光学和近紫外特征。
• 确定FUV发射的起源，特别是其是否源于荧光H₂分子或其他机制。
• 探讨NGC 6302的演化历史，特别是双星相互作用在塑造其复杂、多相的星云结构中可能扮演的角色。
• 评估此类FUV结构在年轻行星状星云中是否普遍，并揭示其关于早期质量喷发阶段的信息。

提出的方法

• 利用搭载在ASTROSAT卫星上的紫外成像望远镜（UVIT）在四个紫外波段进行深空成像：F169M（1608 Å）、F172M（1717 Å）、N219M（2196 Å）和N279N（2792 Å）。
• 将FUV图像（F169M和F172M）与近紫外（NUV）和光学数据进行比较，以分离出仅在FUV波段显现的特征，如延伸瓣状结构和喷流状结构。
• 分析FUV结构相对于已知光学双极瓣状结构和暗的赤道环带的空间取向与延伸范围。
• 通过比较FUV流量与已知在1608 Å短波方向的荧光H₂发射线，评估发射机制。
• 结合先前研究（如HST、MIRI、射电）的运动学与光度数据，将FUV结构置于星云的动力学历史背景中。
• 提出一种双星驱动的演化模型，包含两个不同的喷发事件：约5000年前（形成环带和FUV瓣状结构），以及约2200年前（产生光学哈勃型瓣状结构）。

实验结果

研究问题

• RQ1 NGC 6302中通过UVIT揭示了哪些在光学和近紫外波段未被探测到的FUV结构？
• RQ2 延伸瓣状结构和正交喷流状特征中FUV发射的物理起源是什么？
• RQ3 FUV瓣状结构与光学瓣状结构的取向有何不同？这对星云形成机制有何启示？
• RQ4 FUV结构是否可由荧光H₂发射解释？这对其在星云中隐藏质量的含义是什么？
• RQ5 存在两个相互垂直、分阶段的喷发事件是否与双星相互作用情景一致？

主要发现

• UVIT在F169M滤镜（1608 Å）中探测到从中心源延伸达5角分的微弱、延伸的FUV瓣状结构，其位置角为113°。
• 在F169M滤镜中观测到穿过中心源的正交喷流状结构，但在F172M、N219M和N279N滤镜中均未出现，表明其具有狭窄的光谱特征。
• FUV发射的延伸范围显著超过光学双极瓣状结构，后者沿东西方向排列，并被一个暗的赤道环带分隔。
• FUV发射最可能源于H₂分子的荧光激发，因为尚无已知的原子谱线在1608 Å短波方向能解释观测到的流量。
• 这些FUV结构在任何光学或近紫外数据中均不可见，表明其代表一个独立的、更早的喷发阶段，可能早于约2200年前的光学哈勃型喷流约2200年。
• 两个相互垂直、多相的喷发事件——可能源自双星系统——或可解释其复杂形态，其中FUV瓣状结构和喷流起源于约2200年前之前的喷发阶段。