[論文レビュー] Classical Be Stars: Rapidly Rotating B Stars with Viscous Keplerian Decretion Disks

Th. Rivinius, A. C. Carciofi+1 more|arXiv (Cornell University)|Oct 15, 2013

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 363被引用数 236

ひとこと要約

本論文は、非定常振動または微小な磁場が原因で未知の質量放出メカニズムによって形成される、粘性のあるケプラーディスクを形成する急速回転するB型星としての古典的Be星をレビューする。粘性デクリーションディスクモデルは、ディスク構造、変動（周期的および長期的）、および連星系内での相互作用をうまく説明でき、Be星は急速回転、ディスクの粘性、多様な金属量における星の進化を研究するための重要な実験的舞台であることが確立されている。

ABSTRACT

In the past decade, a consensus has emerged regarding the nature of classical Be stars: They are very rapidly rotating main sequence B stars, which, through a still unknown, but increasingly constrained process, form an outwardly diffusing gaseous, dust-free Keplerian disk. In this work, first the definition of Be stars is contrasted to similar classes, and common observables obtained for Be stars are introduced and the respective formation mechanisms explained. We then review the current state of knowledge concerning the central stars as non-radially pulsating objects and non-magnetic stars, as far as it concerns large scale, i.e., mostly dipolar, global fields. Localized, weak magnetic fields remain possible, but are as of yet unproven. The Be phenomenon, linked with one or more mass ejection processes, acts on top of a rotation rate of about 75% of critical or above. The properties of the process can be well constrained, leaving only few options, most importantly, but not exclusively, non-radial pulsation and small scale magnetic fields. Of these, it is well possible that all are realized: In different stars, different processes may be acting. Once the material has been lifted into Keplerian orbit, memory of the details of the ejection process is lost, and the material is governed by viscosity. The disks are fairly well understood in the theoretical framework of the viscous decretion disk model. This is not only true for the disk structure, but as well for its variability, both cyclic and secular. Be binaries are reviewed under the aspect of the various types of interactions a companion can have with the circumstellar disk. Finally, extragalactic Be stars, at lower metallicities, seem more common and more rapidly rotating.

研究の動機と目的

• 古典的Be星の物理的性質について合意形成を行い、類似する星の分類と区別すること。
• 質量放出およびディスク形成のメカニズムを明らかにし、非定常振動と微小な磁場に焦点を当てる。
• 粘性が質量放出後のディスク進化と変動を支配する役割を評価すること。
• 連星系および低金属量がBe星の性質と出現頻度に与える影響を評価すること。
• 多様な銀河的環境における急速回転、ディスク物理学、星の進化を研究するためのBe星の重要性を位置づけること。

提案手法

• 高精度の光度測定、分光測定、偏光測定、および干渉測定の観測データを比較分析し、Be星の性質を特徴づける。
• 粘性デクリーションディスクモデルを適用して、ディスク構造、長期的および周期的変動、質量輸送を説明する。
• 長期的な光度測定データベース（例：OGLE、MACHO）および分光測定アーカイブ（例：BeSS）を用いて、ディスクの形成と崩壊を研究する。
• 流体力学的および粘性ディスク理論を用いて、Be連星系における潮汐的相互作用とディスクの遮断をモデル化する。
• 宇宙ミッション（JWST、GAIA、HERSCHEL）および地上望遠鏡（VLT/VLTI、ALMA、E-ELT）からの多波長データを統合し、ディスクおよび星のパラメータを制約する。
• 金属量の異なる環境、銀河外環境を含めた、Be星の頻度と回転速度の傾向を分析する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 古典的Be星においてケプラーディスクが形成される物理的メカニズムは何か？
• RQ2 非定常振動と微小な磁場は、Be星における質量放出にどのように寄与しているか？
• RQ3 連星系の相互作用が、Be星ディスクの構造と力学にどの程度影響を及えるか？
• RQ4 なぜ低金属量環境ではBe星がより多く見られるのか？また、これはその回転特性にどのように影響を与えるか？
• RQ5 粘性デクリーションディスクモデルは、観測された光度的および分光的変動をどの程度うまく説明できるか？

主な発見

• 古典的Be星は、臨界回転速度の75％以上を回転する急速回転B型星であり、そのディスクは未知の放出プロセスによって形成されるが、そのメカニズムは非定常振動または微小な磁場に徐々に絞り込まれつつある。
• 粘性デクリーションディスクモデルは、周期的V/R変動、長期的光度変動、および連星系内でのディスク遮断をうまく説明でき、粘性によって物質が外側へ輸送されることを示している。
• 観測では、低金属量環境に存在するBe星がより多く、より速く回転しており、極めて低金属量の領域ではBe星の割合が100％に達する可能性がある。
• 質量放出プロセスの記憶は急速に失われ、ケプラーディスク軌道に入った後は、ディスク進化は初期の放出メカニズムではなく、粘性プロセスによってのみ支配される。
• Be星は急速回転、ディスク乱流、星の進化をハーツプロン＝ルス図および異なる金属量で研究するための理想的な実験的舞台として、ますます重要視されている。
• 将来の施設、例えばJWST、GAIA、E-ELTを用いた、銀河系内外のBe星における多波長・多技術的調査が、ディスク物理学および星の進化の理解を飛躍的に進めるだろう。