[論文レビュー] Cyclic variability of the circumstellar disk of the Be star zetaTau - I. Long-term monitoring observations

S. Štefl, Th. Rivinius+10 more|arXiv (Cornell University)|Jul 13, 2009

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 1被引用数 33

ひとこと要約

本研究では、Be星ζ Tauの12年間のモニタリングキャンペーンを実施し、降着円盤の構造的変化と関連するHα V/R変動における1400–1430日周期の安定性を明らかにした。データは位相ロックされた非一様な円盤振動とらせん状の摂動を示しており、線幅プロファイルのシフトや多成分殻状吸収を説明する1本の腕を持つ円盤振動モデルを支持しており、第II報では自己整合的な力学的モデルの基盤を築く。

ABSTRACT

Emission lines formed in decretion disks of Be stars often undergo long-term cyclic variations, especially in the violet-to-red (V/R) ratio of their primary components. From observations of the bright Be-shell star zeta Tau, the possibly broadest and longest data set illustrating the prototype of this behaviour was compiled from our own and archival observations. It comprises optical and infrared spectra, broad-band polarimetry, and interferometric observations. From 3 V/R cycles between 1997 and 2008, a mean cycle length in H alpha of 1400-1430 days was derived. After each minimum in V/R, the shell absorption weakens and splits into two components, leading to 3 emission peaks. This phase makes the strongest contribution to the variability in cycle length. V/R curves of different lines are shifted in phase. Lines formed on average closer to the central star are ahead of the others. The shell absorption lines fall into 2 categories differing in line width, ionization/excitation potential, and variability of the equivalent width. The interferometry has resolved the continuum and the line emission in Br gamma and He I 2.06. The phasing of the Br gamma emission shows that the photocenter of the line-emitting region lies within the plane of the disk but is offset from the continuum source. The plane of the disk is constant throughout the observed V/R cycles. The self-consistent, one-armed, disk-oscillation model is developed in Paper II.

研究の動機と目的

• 長期間にわたる多波長観測を用いて、Be星ζ Tauの周囲円盤における反復的周期的変動と一時的特徴を分離すること。
• 異なる半径距離で形成される発光線および吸収線の分析を通じて、降着円盤の空間的・力学的構造を解明すること。
• 干渉計測定および偏光測定を用いて円盤の幾何学的形状と運動学的性質を制約し、ケプラーモデルおよび粘性降着円盤モデルの妥当性を検証すること。
• 異なるスペクトル線におけるV/R曲線の位相シフトの原因を特定し、それらを円盤構造および半径依存性と関連付けること。
• 観測された周期的摂動の特徴を明らかにすることで、一貫性のある1本の腕を持つ円盤振動モデルを構築する基盤を築くこと。

提案手法

• 1997年から2008年までに、ζ Tauの長期間にわたる光学的・赤外線分光測定、全バンド偏光測定、および干渉計測定（BrγおよびHeI 2.06）を実施した。
• 標準的なデータ還元および分析手法を適用し、発光線および吸収線からのV/R比、線幅プロファイル形状、等価幅、およびドップラー速度を抽出した。
• 干渉計測定を用いて連続スペクトルおよび線発光領域を解像し、星の核に対する光心のずれを特定した。
• 異なる線（Hα、Hβ、Brγ、高次のBrackett線、金属線）のV/R曲線間の位相遅れを分析し、円盤力学の半径依存性を推定した。
• 線幅、イオン化エネルギー、変動性に基づいて、殻状吸収線を2つのグループに分類し、異なる形成領域を示唆した。
• V/R最小付近におけるHαの「櫛状」の三峰値プロファイルの発生と、V/Rサイクルの位相を関連付けることで、サイクル長の変動要因を特定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ζ TauのHαにおけるV/Rサイクルの平均周期と12年間の期間における安定性は何か？
• RQ2 異なる発光線（例：Hα、Brγ、金属線）のV/R曲線間の位相関係はどのように変化するか？また、それらは円盤の半径依存的構造に何を明らかにするか？
• RQ3 V/R最小付近におけるHαの特徴的な「櫛状」の三峰値プロファイルの原因は何か？また、これによりサイクル長の変動がどのように影響を受けるか？
• RQ4 2つの異なるグループに分類された殻状吸収線は、円盤の異なる領域で形成されているか？それらの運動学的挙動にはどのような相違があるか？
• RQ5 V/Rサイクル全体を通じて円盤の平面および方位は安定しているか？また、線発光領域の光心は連続スペクトルの中心に対してずれているか？

主な発見

• Hαにおける平均サイクル長は1400–1430日であり、サイクルごとの変動が±10%未満と非常に安定している。
• V/R最小付近では、Hαプロファイルに三つの発光ピークと二つの谷を持つ「櫛状」の構造が発現し、3サイクルにわたり再現可能であり、サイクル長の変動を引き起こしている可能性が高い。
• 異なる線のV/R曲線は最大でサイクル長の25%の位相シフトを示しており、星に近い場所で形成される線（例：Brγ）が遠く離れた場所で形成される線（例：Hα）よりも先行している。
• 殻状吸収線は2つの明確なグループに分かれる：広帯域で低イオン化の線、および狭帯域で高励起の線。広帯域線は約1/4周期分の位相で先行している。
• 干渉計測定によりBrγ線発光が解像され、その光心は円盤平面内に位置するが、連続スペクトル源からずれており、非対称な発光分布を示している。
• V/Rサイクル全体を通じて円盤の姿勢と平面は一定であり、大規模な進動や傾きの変化は認められず、1本の腕（m=1）モードに起因する安定した非球対称な摂動機構を支持する。