[論文レビュー] An analysis of the V-band light curve of the Be star omega CMa with the viscous decretion disk model

M. R. Ghoreyshi, A. C. Carciofi|arXiv (Cornell University)|Feb 22, 2017

Astrophysics and Star Formation Studies被引用数 3

ひとこと要約

本研究では、1982年から2015年までのベータ・セトゥリウス星ω CMaのVバンド光曲線に、粘性降着円盤（VDD）モデルを適用し、円盤の形成段階と散逸段階の両方をモデル化した。その結果、粘性係数αは0.1から1.0の間で変動し、増光期にはより高い値を示すことが判明した。また、静穏期であっても質量供給が完全に停止しないことが示され、ベータ・セトゥリウス星における静穏期を「完全に質量損失がない状態」と仮定する考え方に疑問を呈した。

ABSTRACT

We analyze the V-band photometry data of the Be star omega CMa, observed during the last four decades. The data is fitted by hydrodynamic models based on the viscous decretion disk (VDD) theory, in which a disk around a fast-spinning Be star is formed by material ejected by the central star and driven to progressively wider orbits by means of viscous torques. For the first time, we apply the model for both the disk build up and the dissipation phases. Our simulations offer a good description of the photometric variability in both phases, which suggests that the VDD model adequately describes the disk structural evolution. Furthermore, our analysis allowed us to determine the viscosity parameter (alpha) of the gas, as well as the net mass loss rate. We find that alpha is variable, ranging from 0.1 to 1.0, and that build up phases have larger values of alpha than the dissipation phases. Additionally, we find that, contrary to what is generally assumed, even during quiescence the outward mass flux is never zero, suggesting that the star alternates between a high mass-loss phase (outburst) and a low mass-loss phase (quiescence).

研究の動機と目的

• 1982年以降の複数回の増光・静穏サイクルにわたるω CMaの完全なVバンド光曲線をモデル化すること。
• 粘性降着円盤（VDD）モデルが、円盤形成段階と散逸段階の両方を同時に記述できるかどうかを検証すること。
• 円盤進化の異なる段階における粘性係数αおよび質量供給率を特定すること。
• 静穏期が完全にゼロの質量損失を示す状態であるのか、それとも低レベルの非ゼロ供給率が継続しているのかを調査すること。

提案手法

• 観測されたVバンド光曲線を指数関数でフィットさせ、各段階の持続期間と時定数を推定した。
• 時間に依存する流体力学コードSINGLEBEを用いて、半径および時間の関数としての円盤表面密度と質量流量を計算した。
• 放射線輸送コードHDUSTを用いて、円盤構造から得られるスペクトルエネルギー分布およびVバンド超過を計算した。
• VDDモデルを制約するため、3つの自由パラメータ（質量供給率、α、各段階の開始時刻）を調整した。
• 複数サイクルにわたるモデル光曲線と観測値を比較し、最良の適合パラメータを特定した。
• 異なる円盤半径における質量フラックスを分析し、降着と再吸収のバランスを評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 粘性降着円盤モデルは、ω CMaの光曲線における円盤形成段階と散逸段階の両方を正確に再現できるか？
• RQ2 円盤進化の異なる段階における粘性係数αの範囲と変動性は何か？
• RQ3 静穏期は真にゼロの質量損失状態であるのか、それとも持続的で低レベルの質量供給が行われているのか？
• RQ4 連続する散逸段階における明るさの時間的低下傾向は、円盤進化の時定数とどのように関係しているか？

主な発見

• VDDモデルは、ω CMaの光度変動を、円盤形成段階と散逸段階の両方において成功裏に再現した。
• 粘性係数αは0.1から1.0の間で変動し、円盤形成段階では散逸段階よりも高い値（最大1.0）を示した。
• 増光期の質量供給率は3.2 × 10⁻⁸から2.4 × 10⁻⁷ M☉ yr⁻¹の間であり、静穏期では非ゼロのまま、2.7 × 10⁻¹⁰から1.1 × 10⁻⁸ M☉ yr⁻¹の範囲にとどまった。
• 連続する散逸段階における明るさの長期的低下傾向がモデルで再現されたことから、静穏期でも継続的な質量損失が生じていることが示唆された。
• 円盤半径における質量フラックスは、常に質量供給率よりも著しく小さく（約100倍）、星への物質の再吸収が顕著であることが示された。
• 指数関数フィットから得られる逆時定数τ⁻¹とVDDモデリングから得られるαパラメータの間にきつい相関が確認され、αが円盤進化時定数の主な制御要因であることを支持した。