[論文レビュー] Investigating the magnetospheric accretion process in the young pre-transitional disk system DoAr 44 (V2062~Oph). A multiwavelength interferometric, spectropolarimetric, and photometric observing campaign

J. Bouvier, E. Alécian+14 more|LA Referencia (Red Federada de Repositorios Institucionales de Publicaciones Científicas)|Oct 2, 2020

Astrophysics and Star Formation Studies被引用数 4

ひとこと要約

本研究は、多波長干渉計測、分光偏光測定および光度測定を用いて、前遷移型T型原始星DoAr 44における磁気圏降着の状態を調査した。磁気圏は、安定した双極磁場（最大2 ± 0.8 kG）によって駆動され、内側の円盤を約4.6 R⋆（0.043 au）で遮断しており、一貫した降着と一時的な噴流を伴うが、25–30 auのギャップと軸がずれた構造を有する複雑な円盤を持つにもかかわらず、安定した降着が維持されている。

ABSTRACT

Young stars interact with their accretion disk through their strong magnetosphere. We investigate the magnetospheric accretion process in the young stellar system DoAr 44. We monitored the system over several rotational cycles, combining high-resolution optical and near-IR spectropolarimetry with long-baseline near-IR interferometry and multicolor photometry. DoAr 44 is a young 1.2 solar mass star, moderately accreting from its disk, and seen at a low inclination. We derive a rotational period of 2.96 d from the system's light curve. Several optical and near-IR line profiles probing the accretion funnel flows and the accretion shock are modulated at the stellar rotation period. The most variable line profile, HeI 1083 nm, exhibits modulated redshifted wings a signature of accretion funnel flows, as well as deep blueshifted absorptions indicative of transient outflows. The Zeeman-Doppler analysis suggests the star hosts a mainly dipolar magnetic field, inclined by about 20 deg. onto the spin axis, with an intensity reaching about 800 G at the photosphere, and up to 2 +/- 0.8 kG close to the accretion shock. The magnetic field appears strong enough to disrupt the inner disk close to the corotation radius, at a distance of about 4.6 stellar radii (0.043 au). This supports the upper limit of 5 stellar radii (0.047 au) we derived for the size of the magnetosphere from long baseline interferometry. DoAr 44 is a pre-transitional disk system, exhibiting a 25-30 au gap in its circumstellar disk, with the inner and outer disks being misaligned. On a scale of 0.1 au or less, our results indicate that the system steadily accretes from its inner disk through its tilted dipolar magnetosphere. We conclude that in spite of a highly structured outer disk, perhaps the signature of ongoing planetary formation, the magnetospheric accretion process proceeds unimpeded at the star-disk interaction level.

研究の動機と目的

• 前遷移型円盤系における磁気圏降着の進行様式を理解すること。
• DoAr 44に見られる複雑な大規模円盤構造が、星-円盤相互作用スケールでの内側降着プロセスに影響を与えるかどうかを特定すること。
• 中心星の磁場トポロジーと強度を特定し、それが内側円盤の遮断に果たす役割を評価すること。
• 干渉計測による大規模円盤の形態と、分光偏光測定および光度測定による小規模降着物理学を結びつけること。
• 前遷移型系における降着ダイナミクスが、連続的円盤を持つ古典的T型原始星と根本的に異なるかどうかを評価すること。

提案手法

• ゼーマン＝ドーブラー効果と降着診断の検出を目的とした高分解能可視光および近赤外分光偏光測定を組み合わせた多波長観測キャンペーンを実施した。
• 長基線近赤外干渉計測を実施し、内側磁気圏空洞のサイズと構造を測定し、5 R⋆（0.047 au）未満の上限を得た。
• 多色光度測定を取得し、星の自転周期を導出し、スポットに起因する変動を特定した。
• ゼーマン＝ドーブラー像化法を用いて星面磁場トポロジーを再構築し、主に双極磁場であり、自転軸に対して約20°傾いていることが判明した。
• 時間変動線幅（Hα、Hβ、He I 1083 nm、Paβ、He I 587.6 nm）を分析し、星の自転周期に同期した降着ホーンフローと衝撃領域の変動を追跡した。
• 干渉計測の制約条件と磁場・降着診断を統合し、磁気圏遮断半径を約4.6 R⋆（0.043 au）と推定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 DoAr 44に25–30 auのギャップと円盤の軸ずれが存在する場合、古典的T型原始星と比較して磁気圏降着プロセスが破壊されたり、変化したりするか？
• RQ2 星の磁場の幾何学的形状と強度は何か？ また、それは内側円盤の遮断にどのように寄与するか？
• RQ3 観測された線幅の変動は、星の自転周期に同期した降着ホーンフローと整合的か？
• RQ4 一時的な噴流が一貫した降着と共存しており、磁場と空間的・時間的にどのように関連しているか？
• RQ5 系の低傾斜角（i ≈ 30°）が、降着および磁場シグナルの検出可能性にどの程度影響を及えるか？

主な発見

• DoAr 44の自転周期は2.96日であり、多色光度測定により星面スポットに起因することが明らかになった。
• 中心星は1.2 M⊙の前主系列星であり、中程度の降着率6.5 × 10⁻⁹ M⊙ yr⁻¹を示している。
• 磁場は主に双極的であり、光球面での強度は約800 G、降着衝撃領域近くで最大2 ± 0.8 kGに達する。
• 磁気圏空洞は約4.6 R⋆（0.043 au）から星の表面まで延びており、5 R⋆（0.047 au）未満という干渉計測の制約と整合的である。
• Hα、Hβ、He I 1083 nm、Paβの線幅は2.96日周期に同期した変動を示し、回転するホーンフローを示している。He I 1083 nmは赤方偏移した翼と深い青方偏移した吸収を示しており、降着と一時的な噴流の両方を示している。
• 複雑な大規模円盤構造が存在するにもかかわらず、磁気圏降着プロセスは安定しており、古典的T型原始星と同様に進行しており、星-内側円盤界面での著しい乱れは観測されなかった。