[論文レビュー] CSI 2264: Simultaneous optical and X-ray variability in pre-Main Sequence stars. I: Time resolved X-ray spectral analysis during optical dips and accretion bursts in stars with disks

M. G. Guarcello, E. Flaccomio+7 more|arXiv (Cornell University)|Jan 17, 2017

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 85被引用数 9

ひとこと要約

本研究では、CoRoTおよびChandra/ACIS-Iデータを用いて、原始系列星の環状円盤における同時光学およびX線の変動を分析し、光学的低下はほこりを含まない降着流による可視光の変動吸収と関連しており、光学的バーストは不安定な降着と関連する軟X線放射の増強を示していることが明らかになった。これらの結果は、可変な消光と降着プロセスが、若い星系における多波長変動の主要因であることを確認している。

ABSTRACT

Pre-main sequence stars are variable sources. In stars with disks, this variability is related to the morphology of the inner circumstellar region (<0.1 AU) and that of the photosphere and corona, all impossible to be spatially resolved with present day techniques. This has been the main motivation for the Coordinated Synoptic Investigation of NGC 2264. In this paper, we focus on the stars with disks. We analyze the X-ray spectral properties extracted during optical bursts and dips in order to unveil the nature of these phenomena. We analyze simultaneous CoRoT and Chandra/ACIS-I observations to search for coherent optical and X-ray flux variability in stars with disks. Then, stars are analyzed in two different samples. In stars with variable extinction, we look for a simultaneous increase of optical extinction and X-ray absorption during the optical dips; in stars with accretion bursts, we search for soft X-ray emission and increasing X-ray absorption during the bursts. Results. We find evidence for coherent optical and X-ray flux variability among the stars with variable extinction. In 9/24 stars with optical dips, we observe a simultaneous increase of X-ray absorption and optical extinction. In seven dips, it is possible to calculate the NH/AV ratio in order to infer the composition of the obscuring material. In 5/20 stars with optical accretion bursts, we observe increasing soft X-ray emission during the bursts that we associate to the emission of accreting gas. It is not surprising that these properties are not observed in all the stars with dips and bursts, since favorable geometric configurations are required. The observed variable absorption during the dips is mainly due to dust-free material in accretion streams. In stars with accretion bursts, we observe on average a larger soft X-ray spectral component not observed in non accreting stars.

研究の動機と目的

• 多波長データを用いて、原始系列星の環状円盤を有する星における光学的変動の物理的起源を調査すること。
• 光学的低下およびバーストが、X線吸収または放射特性の変化に関連しているかどうかを特定すること。
• 低下時の遮蔽物質の性質を解明し、バースト時の軟X線放射の起源を特定すること。
• X線スペクトルの変動を光学光曲線と関連付けることで、降着の幾何学的構造と動態を制約すること。
• 時間分解X線スペクトル解析に基づき、安定な降着と不安定な降着の状態を区別すること。

提案手法

• CoRoTの同時光学光曲線とChandra/ACIS-IのX線光曲線を用い、円盤を持つ星における一貫性のある変動を特定する。
• Xspecソフトウェアを用いて、光学的低下およびバースト時の時間分解X線スペクトル解析を実施し、スペクトルパラメータを抽出する。
• 低下時の吸収係数（N_H）と光学的消光（A_V）を測定し、N_H/A_V比を計算して遮蔽物質のほこり含有量を推定する。
• 光学的バースト時には軟X線スペクトル成分（kT < 1 keV）を特定し、静止状態と比較してその放出尺度を評価する。
• 軟X線温度と比較して、衝突前の速度と自由落下半径を推定し、それらを共回転半径と比較して降着状態を区別する。
• 光曲線の形態（低下、バースト、周期性）に基づいて星を分類し、X線スペクトル的挙動と相関をとらえる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 原始系列星の円盤を有する星において、光学的低下時にX線吸収と光学的消光が同時に増加するか？
• RQ2 光学的降着バーストに伴い軟X線放射が増強されるか？ これは降着プロセスに何を示唆するか？
• RQ3 N_H/A_V比から推定される遮蔽物質の組成（ほこり含有量）は何か？
• RQ4 バースト時の観測されたX線スペクトルの変化は、安定で回転周期的にモodulatedされた降着ではなく、不安定な降着流によるものと整合的か？
• RQ5 導出された衝突前速度と自由落下半径は共回転半径と比較してどうか？ これは降着幾何学に何を示唆するか？

主な発見

• 24個の星のうち9個で、光学的低下時にX線吸収と光学的消光が同時に増加しており、低下は可変的な遮蔽によるものであることが示された。
• そのうち7つの低下でN_H/A_V比が計算され、20個中5個でほこりを含まない物質と整合する値が得られ、低下時の遮蔽物質が主にほこりを含まないガスである可能性が示唆された。
• 20個の星のうち5個で、光学的降着バースト時に軟X線放射（kT < 1 keV）の顕著な増加が観測され、高温の降着スポットからの放射増強を示した。
• 軟X線温度（kT_soft）は0.06 keVから0.66 keVの範囲にあり、衝突前速度は350 km/sから744 km/sの間であった。これは不安定な降着流と整合的であった。
• Mon-370およびMon-808では、衝突前速度が約350–360 km/sであり、自由落下半径は10 R_star未満であった。これはバーストが安定で共回転制限付きの流れではなく、不安定な降着によるものである可能性を示唆した。
• 導出された自由落下半径は、一般的な共回転半径（5–10 R_star）よりも小さく、短時間のバーストが一時的で不安定な降着イベントに起因するという仮説を支持した。