[論文レビュー] Jets, accretion, coronae and all that: The enigmatic X-rays from the Herbig star HD 163296

Hans Moritz Guenther, J. H. M. M. Schmitt|arXiv (Cornell University)|Dec 1, 2008

Astrophysical Phenomena and Observations参考文献 1被引用数 25

ひとこと要約

本研究は、ヘルビッぐAe星HD 163296のXMM-Newton観測を報告し、軟X線領域に3つのX線温度成分（0.2–2.7 keV）を特定した。軟X線放射は、低密度プラズマ状態がO vii三重項線比から推定されるように、降着衝撃ではなく、ジェット基部または風における衝撃から生じると考えられる。硬X線成分はコロナ由来とされ、低質量連星による汚染の兆候は認められない。

ABSTRACT

Herbig Ae/Be stars (HAeBe) are pre-main sequence objects in the mass range between 2 and 8 solar masses. Their X-ray properties are uncertain and, as yet, unexplained. We want to elucidate the X-ray generating mechanism in HAeBes. We present a XMM-Newton observation of the HAeBe HD 163296. We analyse the light curve, the broad band and the grating spectra, fit emission measures and abundances and apply models for accretion and wind shocks. We find three temperature components ranging from 0.2 keV to 2.7 keV. The O VII He-like triplet indicates a X-ray formation region in a low density environment with a weak UV photon field, i. e. above the stellar surface. This makes an origin in an accretion shock unlikely, instead we suggest a shock at the base of the jet for the soft component and a coronal origin for the hot component. A mass outflow of 10^{-10} solar masses per year is sufficient to power the soft X-rays. HD 163296 is thought to be single, so this data represent genuine HAeBe X-ray emission. HD 163296 might be prototypical for its class.

研究の動機と目的

• 2–8 M⊙の質量範囲に属する、準主系列星としての重要な対象であるヘリビッぐAe/Be星HD 163296におけるX線放射の起源を特定すること。
• HAeBe星におけるX線放射が中心星由来か、または解像度の低い低質量連星由来かという長年の曖昧さを解消すること。
• 観測されたX線放射が降着衝撃か、それ以外のメカニズム（ジェット・風衝撃など）由来かを調査すること。
• 磁場およびプラズマ状態の役割が、特に線比診断法を通じてX線スペクトルに与える影響を評価すること。
• HD 163296がHAeBe星全体のX線放射機構に関して代表的であるかどうかを検証すること。

提案手法

• HD 163296のXMM-Newton X線観測を実施し、光曲線、全バンドスペクトル、および高分解能グレーティングスペクトルを分析した。
• He様三重項線（例：O vii, Ne ix）を用いたスペクトルモデリングにより、発光度および元素の過剰度をフィットし、プラズマ密度およびイオン化状態を推定した。
• Poisson分布に従うカウント数をモンテカルロシミュレーションで誤差推定を行い、特にHe様イオンのf/i比における信頼区間を導出した。
• 機器の応答関数および背景モデル（20–25 Åで一様）を用いて、検出器効果を補正し、信頼性の高い全光度を抽出した。
• 応答行列方程式 L = A·F + B を逆算して、観測カウントから線全光度を導出し、統計的ノイズに対処するため負値は0にリセットした。
• 観測された線比が降着衝撃モデル（高密度、低f/i）とジェット／風衝撃モデル（低密度、高f/i）のどちらと整合するかを評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 HD 163296における軟X線放射の物理的起源は何か—降着衝撃、コロナ活動、あるいはジェット／風衝撃か？
• RQ2 特にO viiおよびNe ixにおけるf/i比が観測された線比は、降着衝撃モデルで説明可能か、それとも低密度プラズマ状態を要するか？
• RQ3 HD 163296のX線放射は低質量連星由来である可能性があるか、それともヘリビッぐAe星自体に起因するものか？
• RQ4 ジェットまたは風における衝撃加熱によって軟X線放射を駆動するには、どの程度の質量放出率が必要か？
• RQ5 HD 163296のX線的性質は、古典的T Tauri星と比較してどう異なるか。また、HAeBe星クラスのプロトタイプとして適切か？

主な発見

• X線スペクトルに3つの明確な温度成分（0.2 keV, 0.6 keV, 2.7 keV）が検出され、多温度プラズマ放射を示している。
• O vii He様三重項は高いf/i比を示しており、低密度プラズマ環境（nₑ ≈ 10¹⁰–10¹¹ cm⁻³）かつ弱いUV放射場を示しており、星面近傍の降着衝撃とは整合しない。
• 軟X線放射は、ジェット基部または不安定な風における衝撃加熱プラズマによって最もよく説明され、質量放出率は約10⁻¹⁰ M⊙ yr⁻¹が必要である。
• 硬X線成分（2.7 keV）はコロナ由来と整合的であり、磁気活動によって駆動されている可能性が高く、降着または風衝撃では説明できない。
• FIP（最初のイオン化ポテンシャル）の元素過剰度パターンは、非活動的星に特徴的であり、低質量連星による汚染ではなく、真のHAeBe星由来であることをさらに支持する。
• 低質量連星の痕跡は確認されず、スペクトル形状および線比から汚染は排除される。したがって、X線放射はHD 163296自身に起因するものである。