[論文レビュー] Evidence from stellar rotation of enhanced disc dispersal: (I) The case of the triple visual system BD-21 1074 in the $β$ Pictoris association

S. Messina, Berto Monard+3 more|arXiv (Cornell University)|Aug 25, 2014

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 64被引用数 10

ひとこと要約

本研究は、2100万年のβ・ピクティス連星連星系に属する三重星系BD-21 1074を対象とし、近接する恒星の伴星が惑星円盤の分散を促進し、星-円盤ロックイン期間を短縮するかどうかを検証する。光度曲線と高分解能分光法を用いて、15 AUの距離に近接した伴星Cを持つ成分Bは、質量・年齢・組成が類似している成分Aよりも回転速度が速い（P = 5.4日）ことが判明した。これは、力学的相互作用による円盤分散の増幅が回転周期の差の最も可能性の高い原因であることを示唆している。

ABSTRACT

The early stage of stellar evolution is characterized by a star-disc locking mechanism. The disc-locking prevents the star to spin its rotation up, and its timescale depends on the disc lifetime. Some mechanisms can significantly shorten this lifetime, allowing a few stars to start spinning up much earlier than other stars. In the present study, we aim to investigate how the properties of the circumstellar environment can shorten the disc lifetime. We have identified a few multiple stellar systems, composed of stars with similar masses, which belong to associations with a known age. Since all parameters that are responsible for the rotational evolution, with the exception of environment properties and initial stellar rotation, are similar for all components, we expect that significant differences among the rotation periods can only arise from differences in the disc lifetimes. A photometric timeseries allowed us to measure the rotation periods of each component, while high-resolution spectra provided us with the fundamental parameters, $v\sin{i}$ and chromospheric line fluxes. The rotation periods of the components differ significantly, and the component B, which has a closer companion C, rotates faster than the more distant and isolated component A. We can ascribe the rotation period difference to either different initial rotation periods or different disc-locking phases arising from the presence of the close companion C. In the specific case of BD$-$21 1074, the second scenario seems to be more favored. In our hypothesis of different disc-locking phase, any planet orbiting this star is likely formed very rapidly owing to a gravitational instability mechanism, rather than core accretion. Only a large difference of initial rotation periods alone could account for the observed period difference, leaving comparable disc lifetimes.

研究の動機と目的

• 低質量の準主系列星において、近接する恒星の伴星が円盤寿命を短縮するかどうかを調査すること。
• 力学的相互作用による円盤分散の増幅が、回転周期の差として現れる早期回転加速を引き起こすという仮説を検証すること。
• 同時期で質量がほぼ等しい星の間で、初期回転周期の違いと円盤ロックイン期間の変動を分離して解明すること。
• 円盤寿命が短縮された場合の惑星形成メカニズムへの影響を評価すること。

提案手法

• BD-21 1074三重星系の成分AおよびBの回転周期を測定するために、時系列光度測定を実施した。
• 基本的星のパラメータ（vsiniおよびクロモスフィア活性度レベルを含む）を導出するために、高分解能分光法を取得した。
• 各成分の効果的温度、表面重力、および投影回転速度を推定するために、ROTfitを用いた。
• 球対称性を仮定して、vsiniおよび回転周期から星の傾きを推定した。
• 角運動量の進化モデルと観測された回転周期の差を比較し、星-円盤ロックイン期間の長さを推定した。
• 初期回転周期の違いと円盤分散の増幅のどちらが観測された周期差の主因であるかを評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 複数星系に近接する恒星の伴星が存在することで、円盤分散が促進され、星-円盤ロックイン期間が短縮されるか？
• RQ2 同時期で質量がほぼ等しい星の間で観測された回転周期の差は、初期回転周期の違いではなく、円盤寿命の違いによって説明可能か？
• RQ3 円盤寿命が短縮された場合、このような系における惑星形成メカニズムにどのような影響が生じるか？
• RQ4 星の動的環境が、準主系列段階における星の回転進化にどのように影響するか？

主な発見

• BD-21 1074系の成分Bは、質量と年齢が類似している成分A（9.3日）よりも回転周期が短く、5.4日である。
• 成分Bの高速回転は、おそらく15 AUの距離に位置する近接した伴星Cによる力学的相互作用によって促進された円盤分散に起因する、短い星-円盤ロックイン期間に起因するとされる。
• 角運動量の進化モデルの解析から、成分Bの円盤ロックイン期間は3〜10 Myr、成分Aのそれは9〜10 Myrであった。これは、円盤寿命に顕著な差があることを示している。
• クロモスフィア活性度は、成分B（M2.5）の方が成分A（M1.5）よりもわずかに高い。これは、早期の円盤分散と関連する磁気活性度の増幅を支持する。
• 観測された周期差は、初期回転周期の違いだけでは説明できない。したがって、主因は円盤分散の増幅であるとされる。
• 今後の惑星形成は、短い円盤寿命のため、コア集積ではなく重力不安定性に起因する可能性が高い。