Herschel望远镜视野中的蒭藁增二

( 前几天都是暗物质晕和星系,高红移,今天给大家来篇银河系内漂亮的恒星观测文章来轻松一下,当然,本文的观测对象是大名顶顶的薴藁增二,别问我怎么念,我也不会,他的英文名字却很好记:Mira,后文我们就都用Mira相称吧 )

标题:Herschel’s view into Mira’s head
作者:A. Mayer, A. Jorissen, F. Kerschbaum, S. Mohamed, S. Van Eck, R. Ottensamer, J.A.D.L. Blommaert, L. Decin, M.A.T. Groenewegen, Th. Posch, B. Vandenbussche, C. Waelkens
论文索引:astro-ph:1106.3643
编辑供稿: 黄崧 (南京大学)

背景介绍

Mira 是谁?

虽然卡拉是条狗,但米拉(Mira)显然不是,其实她也不叫米拉,正确的发音是:/ˈmaɪrə/,(Mira是拉丁语中“Wonderful”的意思,给她这个名字的是荷兰著名天文学家赫维留;顺便提一句,似乎还有一款香水叫这个,大家可以买来尝试一下用拉丁语泡mm的乐趣),正式的名字叫鲸鱼座 Omicron,中文名字见标题;一般来说,拥有这么多不带数字的名字的恒星一定是不平凡的,确实,Mira是除了英仙座大龄五之外,人类最早确认的非超新星光变恒星(这也是为什么这篇文章的引用文献中有一篇坑爹的1662年的文献),也是除了船底座eta之外,肉眼可见的最亮的周期变星;Mira本身处于一个双星系统中,主星A是一颗处于演化晚期的AGB星,有着明显的脉动光变,她还有一颗伴星,Mira B,也叫做鲸鱼做 VZ,是一颗很晚才被发现的高温恒星,而且很有可能是一颗白矮星 (与本文无关,但是值得提一句的是2007年天文学家们用Gemini的观测发现,围绕着Mira B有类似原行星盘之类的东西,暗示着挂掉的恒星可能还在拼命的吸积她小妹抛出的物质,试图形成行星 )。

Mira A,科学的说,是一颗M型富氧的AGB星,如果生疏了的话,AGB星就是恒星质量1-10太阳质量的恒星在主序后演化中经历的碳氧核心,包层氦燃烧的阶段,这个阶段还以包层膨胀,星风质量损失和脉动产生的光变著称,同时对产生尘埃和“污染”星际介质都非常有用;事实上Mira可以看作是AGB星的原型之一,虽然不知为何Wikipedia不靠谱的硬说她是RGB星;Mira距离我们91秒差距,光变在 2.0 到 10.1 等之间,是的,你没看错,(星等差5等亮度差100倍,100倍哦,亲),光变周期 331点几几天,差点一年,这也是为啥荷兰天文学家看着这颗恒星出现又消失,消失又出现后大喊“Wonderful”吧,不知道是不是如果她被当代中国网友发现后就要叫“我勒个去”星了。

这颗迷一样的恒星虽然被发现了好几百年,但依然有新的科学展示给天文学家,而且范围极广,比如典型的星风吸积双星系统;AGB星的星风抛射;中心为双白矮星的恒星状星云的前身;围绕着白矮星的可能的行星形成等等;特别值得一提的是Mira的星风抛射,早期不同波段的观测给出的星风速度差别很大,从4km/s到160km/s; 后来发现的是Mira的包层被一个速度比较低的双极外流 (bipolar outflow) 所扰动,但外围的星风速度非常的高;关于Mira的星风,最漂亮的观测当属下面这张 GALEX 紫外卫星观测到的“spectacular”的图象,星风外流延伸的距离达到了4pc,速度在110km/s左右,粗略的估计,这条长长的尾巴中包含了上千个地球质量的物质,而且“沿途”随处可见和星际介质相互作用的痕迹,这个星风结构不仅可以在紫外,还可以在Ha连续谱和21cm HI观测中看到。围绕着位于图右侧的Mira的本体,Spitzer观测更是揭示出了扰动的星周包层和各种激波作用的痕迹。


fig1

Fig.1: GALEX观测下的Mira

本文工作

本文的工作思路极其直接和简单,当你手里有了新设备,总有那么一些天体你一定先会对准他们看看,比如做星系的,什么仪器没有LMC,SMC,M31,M33的观测;对于恒星级别的天体,显然Mira也属于一线大腕,所以Herschel上天后,自然要在远红外波段看个清楚;更何况Herschel的一个重要任务就是研究恒星的质量损失;本文的观测也是Herschel关键项目 MESS (Mass-Loss from Evolved StarS) 的一部分,利用 PACS (PhotoArray Camera and Spectrometer) 的成像模式在 70 和 160 微米波段观测 (观测结果见图. 2)


fig2

Fig.2: Herschel 70和160微米的观测结果 (图 a, 和 b);图c是用等高线表示的图a,并用字母注明了观测中发现的5个弧状结构和Mira在空间中的运动方向;图d为流体力学模拟所展示出的一个“玩具模型”

主要结论

红外图象

本文的主要结果就是上图展示的两个波段的图象,从这个图象中,可以看到Mira周围包层在远红外辐射上的复杂结构,这些结构中最为显著的是用字母A-E标注的弧状结构,其中以弧C最为显著。简单的几何分析和一维面亮度分布可以发现,这些弧的中心不位于Mira A处。这个特殊的结构估计是由双星轨道作用和两颗星之间的质量交换塑造出来的。

与GALEX观测的对比

图二展示和Herschel观测与GALEX紫外卫星观测的对比,GALEX卫星有近远紫外两个波段 (NUV: 有效波长2271埃;FUV:1528埃);在紫外图象上,最为显著的是与双极外流方向相符合的一系列“knot”结构。在和远红外观测的对比上,可以明显的看到靠南侧的外流对应的knot处没有远红外辐射,而且整体的紫外流量似乎与远红外流量有一个反相关,看上去就像是紫外辐射示踪的外流“穿透”了远红外辐射区域。而北面的外流则似乎处于红外辐射当中,这样的结构似乎可以用特定的几何构型来解释,红外辐射的区域可以看成是一个不仅位于双星轨道平面上3维壳层结构,而外流的方向也与视向有一定的夹角。

双星系统的作用

Mira的红外观测,尤其是这种丰富的弧状结构在Herschel观测的所有AGB星中都是独一无二的,即便考虑到了双星轨道的影响,和以往的流体力学数值模拟中给出的可能情况都不太一样;这种复杂的结构可能需要另外两个物理过程来负责,第一就是前面提到的双极外流;第二个就是和ISM的相互作用 (termination shock)。把这两种情况考虑在内以后,作者考虑了新的数值模拟给出的玩具模型,在图1d中,可以看到这个模型展示出的结构比以外的模拟更好的反应了Mira的红外观测结构。这个工作也指出了在恒星质量损失的数值模拟中,考虑入和ISM的相互作用,可能是很有帮助的。


fig2

Fig.3. GALEX对Mira的观测叠加上等高线表示的70微米观测;可以在紫外图象上清晰看到的南北两条喷流状结构,并注意到在南侧的喷流外侧红外辐射的显著边界,这是弓激波作用的效果;图中红色箭头标注出的是距离恒星500pc处。

延伸阅读

  • 1. 有人认为Mira被确认的更早,此为AAVSO上面的一篇文章
  • 2. Hubble空间望远镜观测的Mira
  • 3. Chandra空间望远镜观测的Mira
  • 4. NASA Science 对GALEX观测Mira结果的通俗报道
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    15 Replies to “Herschel望远镜视野中的蒭藁增二”

    1. NGC2264

      Chromium 11.0.696.71 Linux

      那个Toy model确实很漂亮,不过很难理解为啥是双极喷流,明明只看到一个轨迹。。。如果是单极的就更难理解了。PS:这图平滑得不好看~是吧,@孙玮
      蒭藁怎么念?

    2. shiaki

      Chrome 12.0.742.100 Windows 7

      哎呦,好萌的文风,嘿嘿…还以为双星作用是很普遍的,比如WR星螺旋地抛射气体,以及那个上过APOD的proto PN.没想到这在herschel观测里还是”独一无二”的.前段时间见过一系列巴西的学者对PN的多波段观测+三维建模,还考虑了各种电离和辐射的影响.这个尺度上的动力学还是颇有意思的.

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