[論文レビュー] Short-term variability and mass loss in Be stars I. BRITE satellite photometry of $η$ and $μ$ Centauri

D. Baade, Th. Rivinius+14 more|arXiv (Cornell University)|Feb 4, 2016

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 69被引用数 28

ひとこと要約

本研究では、BRITE衛星の光度測定とスペクトロスコピーを用いて、ベーシャー星ηおよびμセントauriにおける質量放出を調査した。非球面振動（NRPs）が、2つのNRPモードの周波数差において非線形結合を通じて星と円盤の相互作用を駆動していることが明らかになった。主な発見は、質量移動がこの結合によって調制されており、親モードの和の3倍の振幅を示しており、その結果生じる活動は、Štefl周波数と関連する粘性支配型の円盤エンジンによって制御されていることである。

ABSTRACT

Empirical evidence for the involvement of nonradial pulsations (NRP's) in the mass loss from Be stars ranges from (i) a singular case (\object{$μ$ Cen}) of repetitive mass ejections triggered by multi-mode beating to (ii) several photometric reports about enormous numbers of pulsation modes popping up during outbursts and on to (iii) effective single-mode pulsators. The BRITE Constellation of nanosatellites was used to obtain mmag photometry of the Be stars $η$ and \object{$μ$ Cen}. In the low-inclination star \object{$μ$ Cen}, light pollution by variable amounts of near-stellar matter prevented any new insights into the variability and other properties of the central star. In the equator-on star \object{$η$ Cen}, BRITE photometry and {\sc Heros} echelle spectroscopy from the 1990s reveal an intricate clockwork of star-disk interactions. The mass transfer is modulated with the frequency difference of two NRP modes and an amplitude three times as large as the amplitude sum of the two NRP modes. This process feeds a high-amplitude circumstellar activity running with the incoherent and slightly lower so-called Štefl frequency. The mass loss-modulation cycles are tightly coupled to variations in the value of the Štefl frequency and in its amplitude, albeit with strongly drifting phase differences. The observations are well described by the decomposition of the mass loss into a pulsation-related engine in the star and a viscosity-dominated engine in the circumstellar disk. Arguments are developed that large-scale gas-circulation flows occur at the interface. The propagation rates of these eddies manifest themselves as Štefl frequencies. Bursts in power spectra during mass-loss events can be understood as the noise inherent to these gas flows.

研究の動機と目的

• 非球面振動（NRPs）がベーシャー星における質量放出と円盤形成に果たす役割を調査すること。
• 一時的なNRPモードが、ベーシャー星における質量放出のエピソードを調制または誘発するかどうかを特定すること。
• equator-onおよび高傾斜角のベーシャー星における星の振動と周囲円盤力学との間の結合を特徴づけること。
• 光曲線で観測された高振幅・長時間スケールの周囲円盤活動の起源を説明すること。
• 星-円盤界面における粘性支配型の円盤流れが、観測されたŠtefl周波数を生成するという仮説を検証すること。

提案手法

• BRITE-Constellationナノサテライトを用いて、ηおよびμセントauriの高精度mmag光度測定を取得した。
• 1990年代のHerosエッケルススペクトロスコピーのアーカイブデータとBRITE光度測定を統合し、径方向速度および発光線の変動を分析した。
• 光度曲線の周波数分析を実施し、振動モードを同定し、Štefl周波数の存在を検出した。
• 2つのNRPモードがその周波数差において非線形結合することにより、増幅された振幅調制および質量放出バーストを説明するモデルを構築した。
• NRPモード、Štefl周波数、円盤活動の間の位相関係を調査し、円盤力学を推論した。
• 2エンジンモデルを提案した：星内に存在する振動駆動型エンジンと、円盤内で粘性支配型のエンジンであり、渦の伝播がŠtefl周波数を生成するとした。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ベーシャー星における非球面振動が、非線形的に結合して強化された質量放出イベントを生じるか？
• RQ2 ηセントauriで観測された高振幅の周囲円盤活動は、2つのNRPモードの周波数差とどのように関係しているか？
• RQ3 Štefl周波数の物理的起源は何か。また、それが円盤力学と質量移動とどのように関連しているか？
• RQ4 NRPモード、Štefl周波数、質量放出バーストの間の位相関係は、粘性円盤モデルとどの程度整合しているか？
• RQ5 観測された質量移動の振幅調制は、振動振幅の非線形和によって説明できるのか、それともより複雑な結合メカニズムによるものか？

主な発見

• ηセントauriでは、質量移動の調制振幅が、2つのNRPモードの振幅の和の3倍に達しており、強い非線形結合を示している。
• 質量放出の調制は、2つの非球面振動モードの周波数差に起因しており、これが観測された高振幅の周囲円盤活動を駆動している。
• 長時間スケールの調制として観測されたŠtefl周波数は、NRPモードの振幅および周波数の変動と強く結合しているが、位相差が著しく変動している。
• 観測された変動は、2エンジンモデル（星内に振動駆動型エンジン、周囲円盤に粘性支配型エンジン）によって最もよく説明できる。
• 星-円盤界面での大規模なガス循環流が渦として伝播し、その伝播速度がŠtefl周波数として現れている。
• 質量放出イベント中にパワースペクトルで観測されるバーストは、VDDモデルにおける高い粘性パラメータに一致する、円盤内での乱流ガス流れに内在するノイズとして解釈される。