[論文レビュー] An interferometric study of the post-AGB binary 89 Herculis. II Radiative transfer models of the circumbinary disk

M. Hillen, J. Menu+7 more|UvA-DARE (University of Amsterdam)|May 8, 2014

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 66被引用数 22

ひとこと要約

本研究では、89 Herculisの周binary円盤を、多波長干渉計および光度計データを用いた放射移動モデルで調査した。その結果、ミリメートルサイズの沈殿したダスト粒子を有する被動的でふくらんだ円盤が、赤外線のスペクトルエネルギー分布（SED）および干渉計データを再現できるが、観測された可視光散乱光を説明できないことが判明した。これは、追加の散乱成分（おそらく双極的噴流またはハロー）が、分解能のない可視光フラックスを説明するために必要であることを示唆している。

ABSTRACT

The presence of disks and outflows is widespread among post-AGB binaries. In the first paper of this series, a surprisingly large fraction of optical light was found to be resolved in the 89 Her post-AGB system. The data showed this flux to arise from close to the central binary. Scattering off the inner rim of the circumbinary disk, or in a dusty outflow were suggested as two possible origins. With detailed dust radiative transfer models of the disk we aim to discriminate between these two configurations. By including Herschel/SPIRE photometry, we extend the SED such that it now fully covers UV to sub-mm wavelengths. The MCMax radiative transfer code is used to create a large grid of disk models. Our models include a self-consistent treatment of dust settling as well as of scattering. A Si-rich composition with two additional opacity sources, metallic Fe or amorphous C, are tested. The SED is fit together with mid-IR (MIDI) visibilities as well as the optical and near-IR visibilities of Paper I, to constrain the structure of the disk and in particular of its inner rim. The near-IR visibility data require a smooth inner rim, here obtained with a two-power-law parameterization of the radial surface density distribution. A model can be found that fits all the IR photometric and interferometric data well, with either of the two continuum opacity sources. Our best-fit passive models are characterized by a significant amount of mm-sized grains, which are settled to the midplane of the disk. Not a single disk model fits our data at optical wavelengths though, the reason being the opposing constraints imposed by the optical and near-IR interferometric data. A geometry in which a passive, dusty, and puffed-up circumbinary disk is present, can reproduce all the IR but not the optical observations of 89 Her. Another dusty, outflow or halo, component therefore needs to be added to the system.

研究の動機と目的

• 89 Herculisの観測された赤外線および可視光干渉計データを、被動的でふくらんだ周binary円盤が説明できるかどうかを検証すること。
• ダスト粒子のサイズ、組成、沈殿の役割がスペクトルエネルギー分布および可視度プロファイルに与える影響を評価すること。
• Paper Iで検出された予期しないほど大きな可視光散乱光（35%）の起源を特定すること。
• 観測された近赤外線および可視光の可視度が、単一の円盤幾何構造と整合するかどうかを検証すること。
• 可視光フラックスを説明するために、追加の成分（例：噴流、ハロー）が必要かどうかを制約すること。

提案手法

• MCMaxコードを用いて、自己一貫的なダスト沈殿と散乱を組み込んだ3次元ダスト放射移動モデルのグリッドを構築した。
• 粒径分布の制約を得るために、Herschel/SPIRE光度計（200–600 μm）を用いてスペクトルエネルギー分布（SED）を拡張した。
• アーカイブ済みのMIDI中赤外線可視度、Paper Iの可視光および近赤外線可視度、および全バンド光度計データにモデルをフィットした。
• Siを豊富に含むダスト粒子に加え、金属鉄またはアモルファス炭素を追加の光学的密度源として用いて、ダスト組成を検証した。
• 内側円盤リムをモデル化し、滑らかな可視度曲線を得るために、二重のべき乗則的半径方向表面密度プロファイルを用いた。
• シミュレートされたSEDおよび可視度を、UVからサブミリ波長にわたり観測データと比較することで、モデルの適合度を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 被動的でふくらんだ周binary円盤に沈殿したダスト粒子を含むモデルが、89 Herculisの全SEDおよび干渉計データを再現できるか。
• RQ2 観測された赤外線放射および可視度プロファイルに一致させるために、必要なダスト粒子のサイズと組成は何か。
• RQ3 なぜ観測された可視光散乱光が、円盤モデルのみで予測されるフラックスを上回るのか。
• RQ4 近赤外線可視度曲線の滑らかさは、幾何学的に厚くふくらんだ円盤と整合するか。
• RQ5 可視光フラックスを説明するために、何の追加成分（例：噴流、ハロー）が必要であり、その場所はどこか。

主な発見

• ミリメートルサイズの沈殿したダスト粒子と二重べき乗則的表面密度プロファイルを有する円盤モデルが、赤外線SEDおよび中～近赤外線干渉計データをうまく再現した。
• 近赤外線可視度データは滑らかな内側リムを要求しており、これは二重べき乗則的半径方向プロファイルでのみ達成できる。
• 被動的円盤モデルでは、可視光干渉計データに適合せず、観測された可視光散乱フラックスの約50%しか予測できない。
• 最良の適合モデルでは、ミリメートルサイズのダスト粒子が円盤の中面に多く沈殿している必要があり、これは効率的な粒子成長と沈殿と整合する。
• 可視光フラックスの乖離は、追加の散乱成分（おそらく双極的噴流またはハロー）が、中心二重星への視線方向に存在しなければならないことを示唆している。
• 遠赤外線放射は円盤が支配的であるが、可視光散乱光はおそらく拡張した噴流またはハロー内のダストが寄与している可能性が高く、正確な幾何構造は未解明のままである。