Investigating the excitation mechanism of the C II ¿6578 line in Planetary Nebulae

Abstract

Comprender los mecanismos de excitación de las líneas débiles permitidas en nebulosas ionizadas es esencial para abordar adecuadamente el problema de la discrepancia de abundancias (DA). Este problema fundamental en nebulosas ionizadas consiste en que las abundancias de iones de elementos pesados obtenidas usando líneas de recombinación (LRs) débiles son sistemáticamente mayores a las estimadas usando líneas excitadas colisionalmente (LECs) del mismo ion. Si los niveles superiores que dan lugar a las líneas permitidas están poblados por bombeo de fotones del continuo (fluorescencia), la emisividad de la línea aumenta respecto al caso de recombinación pura y puede llevar a conclusiones erróneas. El estudio de la contribución de la fluorescencia al flujo de la línea C II λ6578 en nebulosas planetarias es de especial interés debido a que esta línea se ha detectado en un gran número de objetos. Un trabajo reciente en el que se han utilizado datos de 76 nebulosas planetarias ha descubierto que, estadísticamente, la cinemática del gas desde el que se emite esta línea no se corresponde con lo que cabría esperar si el gas fuera químicamente homogéneo, sino que parece más coherente con la coexistencia de volúmenes de gas con distinta metalicidad. Las conclusiones de ese trabajo dependen de que C II λ6578 se origine mayormente por recombinación. Sin embargo, la influencia relativa de la fluorescencia del continuo en estos objetos puede ser importante e incluso dominar la emisión de C II λ6578. En este trabajo investigaremos el mecanismo de excitación de esta línea utilizando una base de datos de espectros muy profundos de nebulosas ionizadas, observados por el grupo de investigación del IAC a lo largo de más de 20 años, usando principalmente telescopios de 8-10m. La metodología que se llevará a cabo consiste básicamente en el estudio del comportamiento de cocientes de intensidades de líneas de C II respecto al grado de ionización de las nebulosas. Los resultados obtenidos confirman que las líneas de C II λλ3918, 3920 están excitadas mayoritariamente por fluorescencia, las líneas de C II λλ7231, 7236, 7237 pueden tener contribución tanto por fluorescencia como por recombinación; mientras que otras líneas provenientes de niveles de energía más altos (2G ng and 2F o ) nf, están excitadas por recombinación. Por otra parte, los resultados también reflejan que el mecanismo de excitación que domina en la transición que da lugar a la línea de C II λ6578 es la fluorescencia, siendo el canal de las líneas de C II λ3918, λ3920 el más importante, al menos para las regiones H II.

A proper understanding of the excitation mechanisms of faint permitted lines in ionized nebulae is essential to properly address the abundance discrepancy (AD) problem. This fundamental problem in ionized nebulae is that the abundances of heavy element ions obtained using faint recombination lines (RLs) are systematically higher than those estimated with collisional excited lines (CELs) of the same ion. If the upper levels that give rise to the permitted lines are populated by continuum photon pumping (fluorescence), the emissivity of the line is enhanced with respect to the case of pure recombination and can lead to erroneous conclusions. The study of the fluorescence contribution to the C II λ6578 line flux in planetary nebulae is of particular interest because it has been detected in a large number of objects. A recent paper using data from 76 planetary nebulae has found that, statistically, the kinematics of the gas from which this line is emitted does not correspond to what would be expected if the gas were chemically homogeneous, but appears to be more consistent with the coexistence of gas volumes with different metallicity. The above conclusions depend on C II λ6578 originating mostly by recombination. However, the relative influence of continuum fluorescence in these objects may be important and even dominate the C II λ6578 emission. In this project we will investigate the excitation mechanism of this line using a database of deep spectra of ionized nebulae, observed by the IAC research group over more than 20 years, by using mainly 8-10m type telescopes. The methodology to be applied would be basically on studying the behavior of C II line intensity ratios with respect to the degree of ionization of the nebulae. The results obtained confirm that the C II λλ3918, 3920 lines are mostly excited by fluorescence, C II λλ7231, 7236, 7237 lines would have contributions from both starlight resonance fluorescence and recombination; while other lines coming from higher energy levels (2G ng and 2F o ) nf are excited by recombination. On the other hand, the obtained results clearly reflect that the excitation mechanism giving rise to the C II λ6578 line that dominates is fluorescence, being the channel of the C II λ3918, λ3920 lines more important, at least for the H II regions.