[論文レビュー] Optical and infrared properties of V1647 Orionis during the 2003-2006 outburst. II. Temporal evolution of the eruptive source

D. Fedele, M. E. van den Ancker+2 more|ArXiv.org|Jun 22, 2007

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 47被引用数 28

ひとこと要約

本研究は、2003–2006年のV1647 Oriの活動期を、可視光および中赤外分光法を用いて調査し、FU Orionis星とEX Lupi星の中間的な活動行動を示すことを明らかにした。データは、変動する降着レートと原始星周囲エンvelopeを伴う熱的ディスク不安定性モデルを支持しており、この源の特徴的なスペクトル的特徴と、初期星進化段階における遷移的性質を説明する。

ABSTRACT

The occurrence of new FU Orionis-like objects is fundamental to understand the outburst mechanism in young stars and their role in star formation and disk evolution. Our work is aimed at investigating the properties of the recent outburst of V1647 Ori. Using optical and mid infrared long slit spectroscopy we monitored V1647 Ori in outburst between February 2004 and January 2006. The optical spectrum is characterized by Halpha and Hbeta in P-Cygni profile and by many weak FeI and FeII emission lines. Short timescale variability was measured in the continuum and line emission. On January 2006 we detected for the first time forbidden emission lines ([OI], [SII] and [FeII]). These lines are likely produced by an Herbig-Haro object driven by V1647 Ori. The mid infrared the spectrum of V1647 Ori is flat and featureless at all epochs. The SED changed drastically: the source was much redder in the early outburst than in the final phase. The magnitude rise and the SED of V1647 Ori resembles that of a FUor while the duration and recurrence of the outburst resemble that of a EXor. The optical spectrum is clearly distinct from either the absorption line spectrum of a FUor or the T Tauri-like spectrum of an EXor. Our data are consistent with a disk instability event which led to an increase of the mass accretion rate. The data also suggest the presence of a circumstellar envelope around the star+disk system. The peculiar N band spectrum might be explained by dust sublimation in the outer layers of the disk. The presence of the envelope and the outburst statistics suggest that these instability events occur only in a specific stage of a Class I source (e.g. in the transition phase to an optically visible star surrounded by a protoplanetary disk). We discuss the outburst mechanisms in term of the thermal instability model.

研究の動機と目的

• 2003–2006年のV1647 Oriの活動期の背後にある物理的メカニズムを理解すること。この源は分類が曖昧な若年的噴出星である。
• 活動期の挙動がFU Orionis型かEX Lupi型に近いか、それとも別個の分類に属するかを特定すること。
• ディスク不安定性、エンvelopeの降着、降着レートの変動が観測されたスペクトル的および光度的進化に果たす役割を調査すること。
• 活動期が、準主系列星の広範な集団およびクラスIからT Tauri星への遷移に与える影響を評価すること。

提案手法

• 2004年2月から2006年1月にかけて、VLTのFORS2を用いてESOパラナルで長スリット分光法を実施し、可視光線幅および連続スペクトルの変動をモニタリングした（4700–7300 Å）。
• La SillaのTIMMI2を用いて中赤外分光法（8–13 μm）を実施し、スペクトルエネルギー分布（SED）を分析し、ダスト特徴を同定した。
• 公に提供されているVLTI/MIDI干渉計データを統合し、内側ディスクおよびエンvelopeの空間的構造を解明した。
• Hα、Hβ、Fe I、Fe II、および禁制線（[O I]、[S II]、[Fe II]）の時間的進化を分析し、噴出流および降着のダイナミクスを推定した。
• 観測されたSEDおよびスペクトルエネルギー分布を、FU OrionisおよびEX Lupi活動期の理論的モデルと比較した。
• 予測された降着レートおよび温度勾配と観測されたスペクトル的特徴を比較することで、熱的不安定性モデルが統合的メカニズムとして有効であるかを評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 V1647 Oriのスペクトル的特徴が、古典的FU Orionis星およびEX Lupi星と異なる中で、中間的特性を示す理由は何か？
• RQ2 2003–2006年の活動期にわたり、降着レートおよびディスク構造はどのように変化し、これにより活動期メカニズムにどのような示唆が得られるか？
• RQ3 原始星周囲エンvelopeが、活動期中の観測SEDおよびスペクトル的特徴に果たす役割は何か？
• RQ4 熱的不安定性モデルは、V1647 Oriの持続期間、再発性、およびスペクトル的多様性を、他の噴出変星と比較して説明できるか？
• RQ5 中赤外スペクトルが平坦で特徴のないのはなぜか？これはダストのサブリマーションおよびディスク幾何学的構造にどのような示唆を与えるか？

主な発見

• V1647 Oriの可視光スペクトルは、HαおよびHβがP-Cygniプロファイルを示し、弱いFe I/Fe II発光線を伴うことで、継続的な降着および密度の高い電離風が存在することを示した。
• 2006年1月に初めて、禁制線（[O I]、[S II]、[Fe II]）が検出された。これは、噴出源によって駆動されるヘービング＝ハーロー対象が存在することを示唆している。
• 中赤外スペクトルは、すべての観測エポックで平坦で特徴のないままであり、Nバンドスペクトルは外側ディスク層におけるダストのサブリマーションを示唆していた。
• SEDは顕著に変化した。初期活動期には最終段階よりもはるかに赤くなった。これはダスト分布または温度構造の変化を示している。
• 活動期持続期間（約2–3年）および数十年にわたる再発性は、FU Orionis型とEX Lupi型の挙動の中間的段階を示している。
• データは、熱的ディスク不安定性モデルを支持しており、活動期の振幅および持続期間はエンvelopeの降着レートに依存する。これにより、V1647 Oriの特徴的な中間的スペクトル的および光度的挙動が説明できる。