[論文レビュー] Optical spectroscopy of EX Lupi during quiescence and outburst: Infall, wind, and dynamics in the accretion flow

A. Sicilia‐Aguilar, Á. Kóspál+7 more|Discovery Research Portal (University of Dundee)|Jun 14, 2012

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 48被引用数 32

ひとこと要約

本研究は、EX Lupiの降下期および2008年増光期における高分解能の光学スペクトルを分析し、広帯域の発光線プロファイルが、24〜72時間の時間スケールで急速に変化する、高温で高密度で軸対称でない降着コロムに起因することを明らかにした。データは増光期に降着率の著しい増加が伴い、強力な内側ディスク風が存在することを確認しており、システムは増光前の状態に急速に回復しており、変動する降着率にもかかわらず安定した降着チャネルが維持されていることを示している。

ABSTRACT

We explore the accretion mechanisms in EX Lupi, prototype of EXor variables, during its quiescence and outburst phases. We analyse high-resolution optical spectra taken before, during, and after its 2008 outburst. In quiescence and outburst, the star presents many permitted emission lines, including typical CTTS lines and numerous neutral and ionized metallic lines. During the outburst, the number of emission lines increases to over a thousand, with narrow plus broad component structure (NC+BC). The BC profile is highly variable on short timescales (24-72h). An active chromosphere can explain the metallic lines in quiescence and the outburst NC. The dynamics of the BC line profiles suggest an origin in a hot, dense, non-axisymmetric, and non-uniform accretion column that suffers velocity variations along the line-of-sight on timescales of days. Assuming Keplerian rotation, the emitting region would be located at ~0.1-0.2 AU, consistent with the inner disk rim, but the velocity profiles of the lines reveal a combination of rotation and infall. Line ratios of ions and neutrals can be reproduced with a temperature of T~6500 K for electron densities of a few times 10$^{12}$cm$^{-3}$ in the line-emitting region. The data confirm that the 2008 outburst was an episode of increased accretion, albeit much stronger than previous EX Lupi and typical EXors outbursts. The line profiles are consistent with the infall/rotation of a non-axisymmetric structure that could be produced by clumpy accretion during the outburst phase. A strong inner disk wind appears in the epochs of higher accretion. The rapid recovery of the system after the outburst and the similarity between the pre-outburst and post-outburst states suggest that the accretion channels are similar during the whole period, and only the accretion rate varies, providing a superb environment for studying the accretion processes.

研究の動機と目的

• 降下期、増光期、増光後期におけるEX Lupiの降着メカニズムを理解すること。
• 光学スぺクトルで観測された広帯域および狭帯域発光線成分の起源とダイナミクスを調査すること。
• 増光が降着率の増加によって引き起こされるかどうか、および内側ディスク構造が安定しているかどうかを特定すること。
• 高降着状態における降着関連の風の存在とその性質を検討すること。
• 前増光状態と増光後状態を比較し、システムの回復状態と構造的安定性を評価すること。

提案手法

• 増光前、増光中、増光後の各段階におけるEX Lupiの10件の高分解能光学スペクトルの取得と解析。
• ドップラーシフト解析を用いた発光線プロファイルの分解：狭帯域成分（NC）と広帯域成分（BC）に分離。
• 線比（例：Fe I/Fe II、Si I/Si II）のモデリングにより、発光領域の電子温度と密度（約6500 Kおよび約10^12 cm⁻³）を推定。
• BCプロファイルにおける速度変動の時間的モニタリングにより、24〜72時間の時間スケールでの力学的挙動を推察。
• H Iバルマー線と金属線の比較により、コロナ、降着、風主導の発光領域を区別。
• ケプラー回転モデルの使用により、発光領域の半径位置を推定（約0.1〜0.2 AU）。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 EX Lupiの2008年増光期に観測された発光線強度と複雑性の顕著な増加の原因は何か？
• RQ2 発光ガスは降着フローのどの位置に存在し、観測された線比を再現するための物理的条件（T、n_e）は何か？
• RQ3 広帯域発光線の速度プロファイルは時間経過とともにどのように変化し、降着ダイナミクスに何を示唆するか？
• RQ4 降着駆動風の存在は証拠があるか？その強度は降着率とどのように相関するか？
• RQ5 スペクトルの類似性から見て、内側ディスク構造は増光サイクル全体を通じてどの程度安定しているか？

主な発見

• 2008年増光期の広帯域発光線成分（BC）は、約0.1〜0.2 AUに位置する高温・高密度・非軸対称な降着コロムに起因しており、内側ディスクリムに一致する。
• 24〜72時間の時間スケールでのBCの速度変動は、独立した移動ガスパケットの存在を示しており、塊状の降着シナリオを支持する。
• 中性およびイオン化元素の線比（Fe I/Fe IIなど）は、約6500 Kの温度と数×10^12 cm⁻³程度の電子密度で最もよく再現される。
• 増光期には強力な内側ディスク風が検出され、速度は-50〜-200 km/sの範囲にの及ぶが、降下期には観測されない。
• 増光前と増光後のスペクトルの類似性は、システムの迅速な回復を示しており、降着率が1000倍に増加しても降着チャネルが安定していることを示唆する。
• 禁制線の欠如は、外部物質からの衝撃を排除し、風および発光が降着プロセス自体に起因することを確認する。