[論文レビュー] Multitechnique testing of the viscous decretion disk model I. The stable and tenuous disk of the late-type Be star $\beta$ CMi

Robert Klement, A. C. Carciofi+11 more|arXiv (Cornell University)|Oct 5, 2015

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 60被引用数 17

ひとこと要約

本研究は、β CMiという後期型Be星を対象として、これまでで最も包括的なマルチテクニクス・マルチウェーブ長データセットを用いて、粘性降着円盤（VDD）モデルの検証を実施した。内側の円盤は密度減衰が急激（n = 3.5）を要するが、外側の円盤はやや緩やかなプロファイル（n = 3.0）を示す。これは、見えない連星伴星による外側の円盤の遮断を示唆しており、電波観測では円盤の広がりが35+10−5個星半径で制約され、偏光測定ではほぼ臨界回転速度（W ≳ 0.98）であることが示された。

ABSTRACT

The viscous decretion disk (VDD) model is able to explain most of the currently observable properties of the circumstellar disks of Be stars. However, more stringent tests, focusing on reproducing multitechnique observations of individual targets via physical modeling, are needed to study the predictions of the VDD model under specific circumstances. In the case of nearby, bright Be star $\beta$ CMi, these circumstances are a very stable low-density disk and a late-type (B8Ve) central star. The aim is to test the VDD model thoroughly, exploiting the full diagnostic potential of individual types of observations, in particular, to constrain the poorly known structure of the outer disk if possible, and to test truncation effects caused by a possible binary companion using radio observations. We use the Monte Carlo radiative transfer code HDUST to produce model observables, which we compare with a very large set of multitechnique and multiwavelength observations that include ultraviolet and optical spectra, photometry covering the interval between optical and radio wavelengths, optical polarimetry, and optical and near-IR (spectro)interferometry. Due to the absence of large scale variability, data from different epochs can be combined into a single dataset. A parametric VDD model with radial density exponent of $n$ = 3.5, which is the canonical value for isothermal flaring disks, is found to explain observables typically formed in the inner disk, while observables originating in the more extended parts favor a shallower, $n$ = 3.0, density falloff. Modeling of radio observations allowed for the first determination of the physical extent of a Be disk (35$^{+10}_{-5}$ stellar radii), which might be caused by a binary companion. Finally, polarization data allowed for an indirect measurement of the rotation rate of the star, which was found to be $W \gtrsim 0.98$, i.e., very close to critical.

研究の動機と目的

• 多様な観測技術を用いて、1つの良好に研究されたBe星に対して粘性降着円盤（VDD）モデルを厳密に検証すること。
• とくにデータが乏しい外側領域において、原始星周囲円盤の半径方向密度プロファイルを制約すること。
• 特に連星伴星による原因を含む、円盤遮断メカニズムを調査すること。
• 偏光診断法を用いて中心星の回転速度を特定すること。
• 初の試みとして、電波連続スペクトル観測を用いてBe円盤の物理的広がりを評価すること。

提案手法

• HDUSTモンテカルロ放射輸送コードを用いて、VDDモデル下での観測可能性をシミュレートした。
• SED、分光法、偏光、VLTI干渉計法を含む、紫外線から電波にわたる包括的データセットにモデルを適合させた。
• 光学、近赤外、中赤外のマルチウェーブ長干渉計法を用いて、円盤の幾何学的構造と運動学的性質を調査した。
• 電波連続スペクトルデータを分析して、外側円盤半径の推定と遮断の有無を検証した。
• パッセーン連続スペクトル偏光法を用いて、星の回転速度（W）を推定した。
• 複数の観測技術にわたるモデル予測と観測値の比較により、円盤構造のデゲネラシーを解消した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 VDDモデルは、β CMiの全マルチウェーブ長・マルチテクニクスデータセットを正確に再現できるか？
• RQ2 円盤の半径方向密度プロファイルは何か？ また、内側と外側領域で異なるか？
• RQ3 外側円盤は遮断されているか？ もしそうであれば、連星伴星のような要因が関与しているか？
• RQ4 中心のB8Ve星の回転速度は何か？ また、偏光法により独立して制約可能か？
• RQ5 原始星周囲円盤の物理的広がりは何か？ また、電波観測が直接測定を可能にするか？

主な発見

• 内側円盤は半径密度指数n = 3.5を要するが、これは等温フラーリング円盤と整合的である。一方、外側円盤はやや緩やかなプロファイル（n = 3.0）を示す。
• 密度プロファイルの差異は非等温効果では説明できず、潮汐的遮断のような物理的要因を示唆する。
• 電波観測により、円盤外縁半径が35+10−5個星半径で制約され、物理的遮断スケールが示された。
• パッセーン連続スペクトルで観測された正の偏光勾配は、星の回転速度W ≳ 0.98を要求し、ほぼ臨界回転であることを示した。
• AMBER分光干渉計法を用いて、傾き角i = 43+3°−2°を高精度で推定した。
• 分光的・光度的・干渉計的データの組み合わせにより、連星伴星が円盤遮断の最も可能性の高い原因であると判明し、後期型または亜矮星伴星が好ましいとされた。