[论文解读] The dust content of planetary nebulae: a reappraisal

G. Stasińska, R. Szczerba|ArXiv.org|Nov 2, 1999

Stellar, planetary, and galactic studies被引用 5

一句话总结

本文利用IRAS宽波段数据和广泛的光致电离模型，重新评估了行星状星云中的尘埃含量，挑战了先前的假设。研究发现，尘埃与气体质量比随时间并未减少，早期观察到的趋势被归因于方法论上的误差，并得出结论：尘埃颗粒的寿命长于行星状星云的寿命。

ABSTRACT

We have performed a statistical analysis using broad band IRAS data on about 500 planetary nebulae with the aim of characterizing their dust content. Our approach is different from previous studies in that it uses an extensive grid of photoionization models to test the methods for deriving the dust temperature, the dust-to-gas mass ratio and the average grain size. In addition, we use only distance independent diagrams. With our models, we show the effect of contamination by atomic lines in the broad band IRAS fluxes during planetary nebula evolution. We find that planetary nebulae with very different dust-to-gas mass ratios exist, so that the dust content is a primordial parameter for the interpretation of far infrared data of planetary nebulae. In contrast with previous studies, we find no evidence for a decrease in the dust-to-gas mass ratio as the planetary nebulae evolve. We also show that the decrease in grain size advocated by Natta and Panagia (1981, ApJ 248,189) and Lenzuni et al. (1989, ApJ 345, 306) is an artefact of their method of analysis. Our results suggest that the timescale for destruction of dust grains in planetary nebulae is larger than their lifetime. Footnote: Table 1 is also accessible in electronic form at the CDS via anonymous ftp to cdsarc.u-strasbg.fr (130.79.128.5) or via http://cdsweb.u-strasbg.fr/Abstract.html

研究动机与目标

• 利用更新的观测和建模技术，重新评估行星状星云中的尘埃含量。
• 解决先前研究中报告的尘埃与气体质量比随星云演化而减少的不一致问题。
• 评估宽波段IRAS流量在推导尘埃特性时的可靠性，同时考虑原子发射线的污染影响。
• 确定颗粒尺寸演化是否为真实的物理解释，还是分析方法的人为结果。
• 确定尘埃破坏 timescale 是否短于行星状星云的寿命，如先前所假设的那样。

提出的方法

• 使用全面的光致电离模型网格，模拟行星状星云中的物理条件。
• 应用与距离无关的颜色-颜色图和颜色-星等图，以避免因距离估计不确定而产生的偏差。
• 利用合成模型测试尘埃温度、尘埃与气体质量比及颗粒尺寸推导方法的准确性。
• 量化原子线污染对星云演化过程中IRAS宽波段流量的影响。
• 将本研究的模型方法结果与早期研究（如Natta & Panagia, 1981；Lenzuni et al., 1989）的结果进行比较。
• 对来自IRAS数据的约500个行星状星云样本进行统计分析，以推导出可靠的尘埃特性趋势。

实验结果

研究问题

• RQ1 正如先前所声称的那样，行星状星云中的尘埃与气体质量比是否随演化阶段而减少？
• RQ2 IRAS波段中的原子发射线在多大程度上污染了流量测量，并导致尘埃特性估计产生偏差？
• RQ3 观测到的随时间减小的颗粒尺寸是真实的物理解释，还是分析方法的人为结果？
• RQ4 当使用基于模型的方法与经验拟合技术时，推导出的尘埃特性有何差异？
• RQ5 如先前所假设的那样，行星状星云中尘埃颗粒的寿命是否短于星云的寿命？

主要发现

• 在星云演化阶段增加的过程中，未发现尘埃与气体质量比有显著下降，与早期研究结论相矛盾。
• Natta & Panagia (1981) 和 Lenzuni et al. (1989) 报告的颗粒尺寸减小现象，被证明是其分析方法的人为结果，而非物理趋势。
• IRAS宽波段中原子线的污染显著影响流量测量，必须进行校正以准确推导尘埃特性。
• 行星状星云中尘埃的破坏 timescale 长于典型的星云寿命，意味着尘埃在星云演化过程中是稳定的。
• 行星状星云中的尘埃含量是初始参数，而非演化阶段的函数，表明初始条件主导尘埃特性。
• 与经验方法相比，使用光致电离模型可更准确地推导尘埃温度、尘埃与气体质量比及颗粒尺寸。