uu.seUppsala University Publications
Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
How to construct a 3D model of the planetary nebula NGC 6781 with SHAPE
Uppsala University, Disciplinary Domain of Science and Technology, Physics, Department of Physics and Astronomy.
2015 (English)Independent thesis Basic level (degree of Bachelor), 10 credits / 15 HE creditsStudent thesis
Abstract [sv]

Målet med det här arbetet är att i dataprogrammet SHAPE konstruera en 3D-modell av den planetariska nebulosan NGC 6781.

En planetarisk nebulosa bildas när en viss typ av stjärnor, med en ursprunglig massa mellan 0.8-8 M⊙ (där M⊙ står för solmassan) har nått slutfasen i sin utveckling och är på väg att avsluta sina liv. I denna slutfas uppkommer pulsationer hos stjärnan samt en stark vind som tillsammans blåser bort de yttre, sfäriska lagren av stjärnan tills endast den innersta kärnan återstår. Kärnan kommer att svalna av och blir till slut en så kallad vit dvärg vilken omges av ett skal bestående av den utkastade gasen och stoftet från stjärnans yttre lager. Detta expanderande skal bestående av lysande, joniserad gas är vad som kallas för planetarisk nebulosa.

Ordet "nebulosa" är latin och betyder moln eller dimma, namnen planetarisk nebulosa uppkom på 1780-talet då man först observerade dessa objekt och tyckte de liknade stora gasplaneter. Planetariska nebulosor förekommer i flera olika former, allt från bipolär till väldigt komplexa strukturer. Den snabba vinden tillsammans med den starka strålning som kommer från stjärnan antas vara orsaken till att planetariska nebulosor uppkommer. Exakt hur dessa processer fungerar samt vilka mekanismer som påverkar att stjärnans yttre sfäriska lager kan anta de spektakulära former som planetariska nebulosor har är något som man i dagsläget inte vet med säkerhet.

SHAPE är ett dataprogram, skapat för astrofysiker, som under de senaste åren vuxit fram. I SHAPE skapas 3D-modeller av olika astronomiska objekt med syfte att öka förståelsen för objektet samt att försöka bestämma dess morfologi och hastighetsfält. SHAPE är speciellt lämpat för att simulera planetariska nebulosor. Målet med 3D-modeller är att dessa kan roteras och studeras från olika vinklar. Detta ger en bättre förståelse för objektets struktur samt utbredning, vilket kan bidra till en ökad kunskap om hur mekanismerna som påverkar att planetariska nebulosor bildas fungerar.

Modellen av NGC 6781 är en ihålig cylinder med inre radie på 38 ”, en yttre radie på 60” samt en längd på 117”. Modellen är lite vidgad vid midjan, vilket gör att den liknar en tunna till utseendet. Hela cylindern är lutad 21 grader framåt och roterad med 20 grader åt vänster. Gasen som nebulosan består av expanderar radiellt utåt enligt v=0.26·r där r anger avståndet från origo, detta resulterar i att cylinderns yttre delar har en expansionshastighet på ∼ 16 km/s.

Modellen reproducerar och stämmer väl överens med den observerade CO-strålningen och i synnerhet hastighetsfördelningen i den molekylära gasen. Hastigheten, temperaturen och densiteten överensstämmer med typiska vär- den som förekommer för planetariska nebulosor samt vad som kan förväntas i fallet då NGC 6781 utvecklas och uppkommit från en AGB-stjärna. Nå- gon exakt feluppskattning är svårt att göra eftersom de olika parametrarna (hastighet, temperatur, lutning och densitet) beror av varandra. De mest känsliga parametrarna som orsakar störst förändringar i modellen är expansionshastigheten samt densiteten. 

Abstract [en]

The objective of this work is to reconstruct a 3D model of the planetary nebula (PN) NCG 6781 using the computer software SHAPE.

A planetary nebula forms when specific types of stars, with masses between 0.8-8 M⊙ (where ⊙ is solar masses) end their lives. In the last evolutionary stage of these stars radial pulsations and a fast wind blows away the spherical, outer layers of the star until only the core of the star remains. The core will cool off and finally becomes a so called white dwarf which is surrounded by a shell of the ejected gas and dust. This expanding shell of glowing ionized gas and dust is called a planetary nebula. The word "nebula" is Latin for mist or cloud and the name planetary nebula came in the 1780’s since these objects looked like large gaseous planets when observed. Planetary nebulae exist in many and various shapes, from bipolar to multistructured. It is anticipated that the fast wind in combination with radiation from the star affects the formation of the planetary nebulae. Exactly how these processes work and what mechanisms that cause the outer, spherical layers of the star to adapt the spectacular and multi-structured shapes seen in planetary nebulae is not well known.

SHAPE is an interactive computer program that has been developed during the last few years and is a tool used by astrophysicists. In SHAPE, 3D models of different astronomical objects can be set up in order to understand and try to determine their morphology, density and temperature distribution and velocity field. SHAPE is particularly suited for planetary nebulae. The aim of a 3D model is that it provides an opportunity to rotate the object and view it from different angles and determine how the velocity field affects the emission from the nebula. This gives new insights to the structure of the object and its distribution, which may contribute to increased knowledge about the mechanisms that control the formation of planetary nebulae.

In this work I have modeled the planetary nebula NGC 6781. I compare my model to previous attempts at determining the morphology of the nebula and to recently obtained observations of the carbon monoxide (CO) emission from the nebula. The model of NGC 6781 appears to be a hollow cylinder with inner radius 38” and outer radius 60” and with a depth of 117”. The model is a bit extended at the waist so it gets the shape of a barrel. The cylinder is tilted forward 21 degrees and rotated to the left with 20 degrees. The expanding gas within the nebula is moving radially outwards with the relation v=0.26·r, where r is the distance from the origin and the gas has a velocity of ∼ 16 km/s at the rim of the cylinder. The model reproduces the observed CO emission well and in particular the velocity, temperature and density distribution of the molecular gas. The velocity, temperature and density distribution agrees with typical values found for PNe and with what could be expected if NGC 6781 has evolved from an AGB star.

It is hard to estimate exact errors for the different parameters since they are strongly dependent on one another. It seems like the velocity and den- sity parameters are those most sensitive to variations and these causes the biggest changes in the model, when altered. 

Place, publisher, year, edition, pages
2015. , 44 p.
Series
FYSAST, FYSKAND1043
Keyword [en]
planetary nebula, NGC 6781, AGB stars, SHAPE
National Category
Natural Sciences Astronomy, Astrophysics and Cosmology
Identifiers
URN: urn:nbn:se:uu:diva-257152OAI: oai:DiVA.org:uu-257152DiVA: diva2:834634
Educational program
Bachelor Programme in Physics
Supervisors
Examiners
Available from: 2015-07-01 Created: 2015-06-30 Last updated: 2015-07-01Bibliographically approved

Open Access in DiVA

fulltext(4703 kB)139 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 4703 kBChecksum SHA-512
9f4078189e07530efbe8dfe13be1f97f696283a555cf4ebf964c18eef699d22bcfd25c141e5ea186dd69cfb498af6e1bf6757cf4aba5e73439d8a6f743044585
Type fulltextMimetype application/pdf

By organisation
Department of Physics and Astronomy
Natural SciencesAstronomy, Astrophysics and Cosmology

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 139 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

urn-nbn

Altmetric score

urn-nbn
Total: 450 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf