惑星状星雲(PN)の形状と膨張速度について

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1 惑星状星雲(PN)の形状と膨張速度について
大塚 雅昭　(国立天文台岡山)

2 概要 惑星状星雲(PN)の形状分類は主に撮像観測により天球に投影された2次元の
像によってなされている。しかし、撮像観測では奥行きの広がりを区別でき ないため、形状を見誤る可能性がある。PNに関する課題は形状にかかわるも のが大部分を占める故、形状を正しく認識することは重要である。 　形状分類の問題を解決するには、従来の撮像による分類ではなく、膨張速度場 を利用した形状の分類が最適である。なぜなら、膨張速度場によって撮像では 得られなかった奥行きの情報を補うことができるからである。 　これまでに、形状と膨張速度場についての関係や、膨張速度場と運動学的年齢 との関係についての研究が数多くなされてきたが、どれもが視線方向に平行な膨張 速度のみしか扱っておらず、膨張速度場の非球対称性の有無に関しては全く考慮し ていない。そこでわれわれは、既存のGeometrical Modelを観測結果に適応し、 得られた2方向の膨張速度と運動学的年齢をもとに、 膨張速度場の非球対称性の有無、 2方向の膨張速度場と運動学的年齢との関係、 3) 膨張速度場の経年変化 に関して調査したいと考えている。さらに、円盤型などの球対称な形状をなすPN においては、その膨張速度も球対称(等方)なのか、それとも非球対称(非等方) ということもあるのかを確認することにより、PNにおける膨張速度場と形状の 関係について理解を深めたい。

3 Introduction PNの一般的特徴 ・中心に高温の白色矮星 が存在 (T* = 10^6 K程度) ・白色矮星を取り囲むように
星雲殻 (Nebular Shell) が存在 ・電離ポテンシャルの異なる様々 な元素の輝線(Emission Line) ・様々な形状 - Round、Elliptical、Bipolar、 Point-Symmetric、Irregular NGC 7027 Nebular Shell 中心星(白色矮星）

4 Round ⇒ Elliptical ⇒ Bipolar Point-Symmetric ⇒
Multiple Shell of PN Bipolar Point-Symmetric Manchado et al. 2003 Irregular Gonry et al. 1997 23% 53% 13% 3% 3% Round ⇒ Elliptical ⇒ Bipolar Point-Symmetric ⇒ Irregular 5%

5 PS I B R B B PS E NGC 7027 IC 2149 NGC 7009 IC 418 Hb 12 M 2-9
BD+30°3639 NGC 6543

6 PN の形状分類 Imaging による(主流) 観測者 2 Round ? 観測者2はRoundとして 取り違えている。 Bipolar
⇒ 形状を取り違える可能性がある Round ? 観測者 2 観測者2はRoundとして 取り違えている。 Bipolar 観測者 1

7 形状を取り違えてしまった原因 ・Imagingが奥行きを見通せていないことが原因 ・PNの研究課題のほとんどが形状に関わっている、 　という現状をふまえると、このような取り違いは 　見過ごせない問題 　(少なくとも形状分類が Imageによってのみなされているのは問題) ・この問題を解決するための有力な手法 　⇒　奥行きの情報を膨張速度場で補う 　⇒ 3-DとしてのPNをより正確に理解できる

8 PN の分類(補足) - Physical Parameterによる分類 ・銀河面からの位置、速度 ・元素組成比（下図 ）
によって Type I (低位置・低速度、metal rich、数多い)～ IV(高位置・高速度、metal poor、数少ない )の4 Typeに分類 Peimbert (1978)

9 研究の目的 3-DとしてのPNを膨張速度場を利用した上で、次のことが知りたい ・膨張速度場と形状の関係
　そうでないのか？ - 球対称な形状をしているPNにおいては膨張速度場も球対称なのか、 ・膨張速度場の時間変化 - 膨張速度場はPNの進化とともにどのように変わっていくのか？ 観測で得られた Position-Velocity Map (PV-Map)に Geometrical Model を 適用することで得られる２方向の膨張速度成分を用いて調査

10 Previous Work 形状とExpansion Velocityの関係 (Phillips 2002)
・視線方向に平行な膨張速度成分のみで議論 ・膨張速度場の非等方性については考慮していない 形状とExpansion Velocityの関係 (Phillips 2002) [OIII]

11 Age とExpansion Velocityの関係 (Acker 1992)
T* ∝ Age Diameter ∝　Age

12 Observation 岡山 HIDESを利用 ・Long-Slit Mode + Image Rotator での観測
- Slit length : ～78” - Slit width : 0.76” (R = 61,000) - Narrow Band Filters ([OIII], H-alpha, [NII]) - S/N = 10 ～ 50 　- Sample : HIDESで取得可能な明るいPN ・Reduction - IRAF noao.twodspec - my developed task

13 Sample Spectra – NGC 7009 [N II]6583 at P.A.79°(Major Axis) ansae
Spatial Distribution (arcsec) ansae continuum Heliocentric Velocity (km/s)

14 ・観測により得られたPV-Mapは形状によらず再現できる
Geometrical Model (Solf & Ulrich 1985) をPosition-Velocity Map (PV-Map) に適用し、2成分の膨張速度を抽出 Model Assumption ・(PNの) 形状は軸対称 ・膨張速度は定常 ・観測により得られたPV-Mapは形状によらず再現できる Model Fitting ・inclination angle θ ・expansion velocity Vp(polar)、Ve(equatorial) ・Kinematical Age t We can deduce ・膨張速度場と形状の関係 ・膨張速度場の時間変化 を Vp、Ve、t をもちいて調査

15 Simple Geometrical Model
Vp Ve Vexp(φ) [km /s] : PV-Map上での横軸の座標に相当。 Y [arcsec] : PV-Map上での縦軸の座標に相当。 α : Shape Parameter t　 ：　Kinematical Age [yr] D　 ：　Distance [pc] IRASの4band fluxはNebular envelope 内にあるdust particleによる thermal emissionによるものと仮定し、distance dependentなscaling factorと dustの温度の関数をフリーパラメータとしたblack body fittingによるもの。 α は3.5で固定 t はPrevious workに依る D はTajitsu & Tamura (1998)によるもので統一 Vp、Veを求める際の制限 Solf & Ulrich 1985

16 Model Fitting の例 [N II]6583 at P.A.25° Green Line : Inner Shell
Blue Line : Outer Shell - Inner Shell Vp = 37+/-1 , Ve = 20+/-1, t = /-260 - Outer Shell Vp = 53+/-1 , Ve = 31+/-1, t= /-100 P.A.25°

17 NGC7662 Guerrero et al. (2004)

18 Result 視線に平行な膨張速度と恒星風の関係

19 中心星の温度と膨張速度の関係

20 年齢とVp/Veの比の関係 negative correlation

21 年齢とVp/Veとの関係 negative correlationがみられる ・youngなほど、Vp > Ve
- young：materialがequatorial plane面に集中し、 　　　　　 その結果、polar方向にexpandしていく ⇒ Asymmetryな形状になりやすい 　　　　　Proto PNe (PPNe)がAsymmetryな形状をしている ことが多いという観測事実と合う Meixner et al. (1998) 30% of 65PPNe in the mid infrared imaging (λ= 8 – 20 micron) 70% of 26PPNe in the optical imaging 　- old : equatorial planeに集中していたmaterialも拡散し、Vp≒Veに

22 年齢とVp/Veとの関係 今後の課題 IC 418 Round (IC 418): Vp > Ve
⇒ 膨張速度が非等方であっても球対称な形状になりうる？ 　IC 418が特殊な例なのか？ 今後の課題 Round PNのSampleを増やし、膨張速度の非等方性の有無を調べる La Palmaの4.2m WHT + UES (Utrecht Echelle Spectrograph)で取得され たアーカイブデータを取得し、現在解析中