[论文解读] The symbiotic star CH Cygni. II. The broad Ly alpha emission line explained by shocks

M. Contini, R. Angeloni+1 more|ArXiv.org|Jul 9, 2008

Astro and Planetary Science参考文献 1被引用 5

一句话总结

该论文提出，1985年在CH Cygni中观测到的异常宽Lyα发射线（4000 km s−1）源自白矮星爆发驱动的激波中，后激波质子与周围氢原子之间的电荷转移反应，而非来自碰撞星风星云。该模型通过高速激波特性的物理机制解释了该线的极端宽度和强度，Lyα发射来自与红巨星相反方向的早期阶段激波区域，而光学和紫外发射则形成于下游的碰撞星风区域。

ABSTRACT

Context. In 1985, at the end of the active phase 1977-1986, a broad (4000 km/s) Ly alpha line appeared in the symbiotic system CH Cygni that had never been observed previously. Aims. In this work we investigate the origin of this anomalous broad Ly alpha line. Methods. We suggest a new interpretation of the broad Ly alpha based on the theory of charge transfer reactions between ambient hydrogen atoms and post-shock protons at a strong shock front. Results. We have found that the broad Ly alpha line originated from the blast wave created by the outburst, while the contemporary optical and UV lines arose from the nebula downstream of the expanding shock in the colliding wind scenario.

研究动机与目标

• 解释1985年在CH Cygni中突然出现的宽（4000 km s−1）Lyα发射线，该现象无法用标准的碰撞星风模型解释。
• 解决Lyα线极端速度与同一活跃阶段其他谱线较低速度之间的矛盾。
• 探究Lyα线是否可能起源于与光学和紫外发射不同的物理区域和过程。
• 将观测到的Lyα轮廓与激波特性的物理机制相协调，特别是高速激波中的电荷转移。
• 确定在共生双星系统中形成并维持如此宽的Lyα线所需的条件。

提出的方法

• 将Chevalier（1982）的超新星激波演化理论改编，用于模拟白矮星爆发与CH Cygni周围介质的相互作用。
• 应用Heng与Sunyaev（2007）的电荷转移理论，计算高速激波前（Vs ≥ 4000 km s−1）的Lyα线形成。
• 利用HS07提供的光度比ΓLyα/Hα ≥ 10，预测在高速激波条件下会出现强烈的Lyα发射。
• 估算在爆发后8年，当Vs = 4000 km s−1时，激波半径RBW ∼ 2.25 × 10¹⁷ cm。
• 计算得出维持观测到的激波所需的环境密度n₀ ∼ 0.2 cm⁻³和总能量E ∼ 1.2 × 10⁴⁶ erg。
• 对比Lyα发射区域（激波，位于红巨星对面）与碰撞星风星云（激波下游），解释光谱分离现象。

实验结果

研究问题

• RQ1 为何1985年突然出现了一条宽Lyα线（4000 km s−1），而此前的光谱中并无此特征？
• RQ2 何种物理机制可产生如此宽的Lyα线，而其他谱线的速度却较低？
• RQ3 Lyα线是否可能起源于与光学和紫外线不同的激波区域，例如早期阶段的激波？
• RQ4 后激波质子与周围氢原子之间的电荷转移是否足以解释观测到的Lyα光度和轮廓？
• RQ5 形成观测到的Lyα线所需的激波特性的（速度、密度、能量）为何？与碰撞星风情景相比有何不同？

主要发现

• CH Cygni中1985年的宽Lyα线起源于白矮星爆发驱动的激波，而非碰撞星风星云。
• Lyα线通过后激波质子与周围氢原子在激波前缘（速度≥4000 km s−1）发生的电荷转移反应产生。
• 在这些条件下，光度比ΓLyα/Hα ≥ 10，可解释观测到的Lyα线的强而宽的特性。
• 在1977年爆发后约8年，激波半径达到RBW ∼ 2.25 × 10¹⁷ cm，与1985年的观测一致。
• 所需环境密度为n₀ ∼ 0.2 cm⁻³，爆发总能量估计为E ∼ 1.2 × 10⁴⁶ erg。
• 激波下游温度可达∼2.94 × 10⁹ K，对应可能产生近伽马射线波段的辐射（约250 keV），但由于视线方向遮挡及当时速度降低，未被观测到。