[論文レビュー] High latitude gas in the Beta Pictoris system. A possible origin related to Falling Evaporating Bodies

H. Beust, P. Valiron|arXiv (Cornell University)|Jan 9, 2007

Astro and Planetary Science参考文献 36被引用数 15

ひとこと要約

本稿では、β・ピクティス系における高緯度のCa iiおよびFe i発光が、恒星に近接する通過中に傾きの振動を経験する落下蒸発体（FEBs）に起因すると提案する。FEBsが放出する物質は、その軌道傾きを引き継ぎ、放射圧によって外向きに押し出され、希薄なH i媒体との衝突によって減速する。この機構により、非平面領域におけるCa iiの検出が説明可能であり、一方でNa iは急速に光電離されるため検出されない。

ABSTRACT

The presence of off-plane Ca II ions in the Beta Pictoris disk, and the non-detection of off-plane Na I atoms, can be explained as a consequence of the evaporation process of Falling Evaporating Bodies (FEBs). In the star-grazing regime, the FEBs are subject to inclination oscillations up to 30 - 40 degrees that causes most metallic species released by sublimation to move off plane The ions are be stopped at about 100 AU from the star. We show that collisions with a neutral medium can stop the ions. The required H I column density is reduced to 10^17 cm^-2, one order of magnitude below present detection limits. We also investigate the possibility that the ions are slowed down magnetically. While the sole action of a magnetic field of the order of 1 microGauss is not effective, the combined effect of magnetic and collisional deceleration processes lead to an additional lowering of the required H I column density.

研究の動機と目的

• β・ピクティス円盤の上方30°を超える高緯度で検出されたCa ii発光の謎を解明すること。これは、Na iも検出可能であると予測するモデルと矛盾する。
• 非平面領域における観測されたCa iiと非検出のNa iの間の矛盾を解消すること。
• 高緯度金属ガスの動力学的起源を調査し、特にFEBsにおける傾きの振動の役割を明らかにすること。
• 高速で移動する金属イオンを約100 AUで静止させるために必要な物理的条件を特定すること。
• 衝突的および磁気的抵抗の併用効果が、イオンを減速させるにあたり果たす役割を評価すること。

提案手法

• 重力的摂動下におけるFEB軌道力学の数値的および理論的モデリングにより、恒星に近接する通過中に30–40°の傾きの振動が生じることを示した。
• FEBsから放出される金属種（Ca ii, Fe i, Na i）の追跡を行い、初期の軌道傾きを保持すると仮定し、放射圧の影響を受けるものとした。
• 古典的散乱理論とエネルギー・運動量保存則を用いて、希薄なH i媒体との衝突によるイオンの減速をモデリングした。
• Na iの非検出は、光電離が主要因であるとし、これをモデルに組み込んだ。
• 磁気的抵抗の効果を、衝突プロセスと組み合わせて評価した。
• ガウス＝チェビシェフの求積法を用いて、イオン-原子の相互作用による偏向角および抵抗力を計算した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 FEBsが放出するCa iiとNa iの両方が存在するにもかかわらず、なぜβ・ピクティス円盤の高緯度（>30°）でCa iiは検出される一方、Na iは検出されないのか？
• RQ2 金属イオンがFEBsから放出された後も、高傾き軌道を維持する動力学的メカニズムは何か？
• RQ3 高速で移動する金属イオンを約100 AUで静止させるために必要なH i密度はどの程度か？
• RQ4 磁場が単独で十分な抵抗を提供できるのか？それとも衝突的抵抗が不可欠なのか？
• RQ5 衝突的抵抗と磁気的抵抗の併用効果により、効果的な減速に必要なH i密度はどの程度低減されるのか？

主な発見

• 恒星に近接する通過中にFEBsが示す30–40°の傾きの振動が、高緯度金属ガスの起源を説明する。放出物質はFEBsの軌道傾きを引き継ぐ。
• Ca iiおよびFe iイオンは希薄なH i媒体との衝突的抵抗によって効率的に減速され、わずか~10^17 cm^-2のH i吸収量で十分であり、これは現在の検出限界よりも1桁小さい。
• Na iは放出後に急速に光電離されるため、放射圧の影響を受けず、蓄積もされないため、非平面領域で検出されない。
• 磁気的抵抗（約1 µG）だけでは効果が薄いが、衝突的抵抗と併用することで、必要なH i密度がさらに1桁低減される。
• 本モデルは、B04の観測結果と整合的に、33°の傾きにおけるCa ii発光が中平面上の発光を上回ることをうまく再現している。
• 傾きの振動と衝突的減速の共同作用により、追加の貯留源やメカニズムを仮定せず、非平面領域におけるCa ii検出を自己整合的に説明できる。