Spektren der C-N5 Kohlenstoffsterne V460 Cygni und V Aquilae

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V460 Cygni (~6.5 mag) und V Aquilae (~7.0 mag) sind aktuell die hellsten Kohlenstoffsterne des Sommerhimmels und schöne Objekte für die spaltlose Spektroskopie. Beide Objekte sind Kohlenstoffsterne vom Typ C-N5 mit intensiven Molekülbanden der CN- und C2-Radikale:


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Ein direkter Vergleich zeigt sehr schön die charakteristischen Merrill-Sanford Banden im Spektrum von V Aquilae, die Siliziumdicarbid zuzuordnen sind:

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Starke Merrill-Sanford-Banden treten in kühleren Kohlenstoffsternen ab einer effektiven Temperatur von ca. 2800 K auf und bei C/O-Werten von ca. 1.36: https://www.aanda.org/articles/aa/full/2001/13/aa10121/aa10121.html

Daher ist die effektive Temperatur V Aql wahrscheinlich deutlich geringer als diejenige von V460 Cyg (2550 K versus 3160 K), obwohl beide Sterne von Barnbaum und Keenan als C-N5 klassifiziert wurden: https://adsabs.harvard.edu/full/1996ApJS..105..419B/0000421.000.html

SiC2 ist ein faszinierendes Molekül. Es hat eine T-förmige Molekülstruktur, obwohl es mit dem linearen C3 (siehe Spektren von Kometen) isovalent ist. Die Regel nach Walsh in der Theorie der Molekülorbitale sagt hier eine lineare Struktur voraus. Die Si-C2 Bindung in SiC2 hat aber deutlichen ionischen Charakter, sodass die Regel nach Walsh hier eine falsche Voraussage der Struktur ergibt:

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Die v3-Normalschwingung von SiC2 führt zu einer fast ungehinderten internen Rotation von Si um die C2-Gruppe:
https://arxiv.org/pdf/2208.05203

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SiC2 ist wahrscheinlich eines der Vorläufermoleküle für SiC-Partikel in Kohlenstoffsternen, die von einer Staubhülle umgeben sind.

Beste Grüsse

Matthias
 
Mit den Kohlenstoffsternen HD19557 und VX And sind jetzt auch zwei relativ helle C-J Sterne gut am Herbsthimmel beobachtbar. C-J Sterne unterscheiden sich von C-N Sternen vor allem durch intensive 12C13C und 13CN-Molekülbanden. Diese sind auch bei niedriger Auflösung (R ca. 800) besonders gut bei HD19557 sichtbar:

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Ein Vergleich mit V460 Cyg zeigt sehr schön die zusätzlichen Banden bei HD19557, die auf hohe 13C-Gehalte zurückzuführen sind:

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Spektren von C-J Sternen findet man leider nicht im sonst sehr umfangreichen Spektrenatlas von Richard Walker, sodass man auf den Atlas von Barnbaum et al. zurückgreifen muss:

https://articles.adsabs.harvard.edu...pJS..105..419B&defaultprint=YES&filetype=.pdf

Darin findet man ein Referenzspektrum von HD19557 sowie den Hinweis:

"HD 19557 (C-J4 C25.5j5.5).—The isotopic lambda 4754 band is quite strong, and the lambda 6100 isotopic band seems actually stronger than lambda 6122, although this must be partly an effect of blending. The ratio 12C13C must be close to the theoretical limit of 2-3. "

Eine maximale Anreicherung für 13C wird durch das Erreichen des Gleichgewichtszustands des CN-Zyklus angenommen (12C13C-Verhältnis ca. 4). In der interstellaren Materie (und hier auf der Erde) beträgt das 12C13C-Verhältnis dagegen ca. 90:

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Dies macht die Sonderstellung der C-J Sterne sehr deutlich. Astrophysiker haben sich Jahrzehnte die Köpfe darüber zerbrochen, wie das 13C-Isotop vom Kern in die Photosphäre gelangt. Die meisten Modelle (u.a. "cool bottom processing" und "drege-up") waren eher unbefriedigend. Offenbar haben die Daten von Gaia EDR3 jetzt zu einer teilweisen Lösung des Problems beigetragen:

https://www.aanda.org/articles/aa/abs/2022/08/aa43595-22/aa43595-22.html

"Our extended sample of J-type stars confirms that these stars are clearly less luminous than N- and SC-type stars. Their average luminosity is M = −4.42 ± 0.53 mag. We find an indication of a larger scale height onto the Galactic plane for J-type stars than for N- and SC-type stars. We also confirm that the LF of R-hot stars extends over a very wide range and covers luminosities throughout the RGB (the average M = 0.05 ± 1.10 mag). This fact precludes us from assigning these types of carbon stars to a specific evolutionary stage, which favours an extrinsic origin to their carbon enhancement."

Die C-J Sterne bilden also eine sehr alte Population, die sich deutlich von der C-N Sternpopulation unterscheidet. Bleibt die Frage nach der Quelle für den extrinsischen Ursprung des 13C-Isotops .....

Beste Grüsse

Matthias
 
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Und hier abschließend das komplette flußkalibrierte Spektrum von HD19775 im Vergleich zum Referenzspektrum aus dem Atlas von Barbaum et al. (s.o.). Die intensiven C2- und CN-Molekülbanden dominieren das komplexe Spektrum bis in den NIR-Bereich.

hd19557_bass_response_corr.jpg


Beste Grüsse

Matthias
 
In der Sammlung der Kohlenstoffsterne fehlen u.a. noch die C-H-Sterne: Diese Klasse zeichnet sich durch eine sehr intensive CH-Bande (Fraunhofer G) sowie starke Linien von s-Prozess-Elementen (Barium) aus. Zur Zeit steht der relativ helle C-H-Stern HD 5223 sehr günstig, sodass ich am 3.11. ein Spektrum aufnehmen konnte:

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Der Spektrenatlas der Kohlenstoffsterne von Barnbaum et al. kann übrigens von einem ftp-Server der Uni Strasburg heruntergeladen werden, sodass mein Spektrum bequem mit einem höher aufgelösten Referenzspektrum (in pink; s.o.) verglichen werden kann: https://cdsarc.cds.unistra.fr/viz-bin/cat?J/ApJS/105/419#/browse
Bei der CH-Bande (A-X Übergang; s.u.) sieht man sehr schön die Rotationsstruktur mit den P-, Q- und R-Zweigen, die durch die Drehimpulskopplung nach Hund (Typ b) erklärt werden kann: https://legacy.adsabs.harvard.edu/full/1996A&A...315..204J

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Faszinierend finde ich, wie sehr das Emissions-Spektrum einer Butangasflamme im blauen Spektralbereich dem Spektrum von HD 5223 ähnelt:

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Das Spektrum der Butangasflamme lässt sich mit einfachen Mitteln z.B. als Referenzspektrum für Kometen aufnehmen:

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Beste Grüsse

Matthias
 
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