[論文レビュー] Short-term variability and mass loss in Be stars V. Space photometry and ground-based spectroscopy of $\gamma$ Cas

C. C. Borre, D. Baade+10 more|arXiv (Cornell University)|Feb 11, 2020

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 60被引用数 6

ひとこと要約

本研究は、宇宙望遠鏡光度計（SMEI、BRITE）およびアーカイブHα分光計測（2006–2017）を用いて、代表的なBe星γ Casにおける光学的変動性および質量損失を調査した。Hα線構造を通じて203.5日周期の連星公転周期が確認され、非球面振動（NRPs）に起因するとされる3つの明著な高周波数変動（0.82 d⁻¹、1.25 d⁻¹、2.48 d⁻¹）が同定された。2.48 d⁻¹の周波数は2000年代初頭から存在していた可能性が示され、回転起源を除外し、NRPsが降着円盤の質量放出を支配する主要メカニズムであることを支持する。

ABSTRACT

Context. Be stars are physically complex systems that continue to challenge theory to understand their rapid rotation, complex variability and decretion disks. $\gamma$ Cassiopeiae ($\gamma$ Cas) is one such star but is even more curious because of its unexplained hard thermal X-ray emission. Aims. We aim to examine the optical variability of $\gamma$ Cas and thereby to shed more light on its puzzling behaviour. Methods. Three hundred twenty-one archival H$\alpha$ spectra from 2006 to 2017 are analysed to search for frequencies corresponding to the 203.5 day orbit of the companion. Space photometry from the SMEI satellite from 2003 to 2011 and the BRITE-Constellation of nano-satellites between 2015 and 2019 is investigated in the period range from a couple of hours to a few days. Results. The orbital period of the companion of 203.5 days is confirmed with independent measurements from the structure of the H$\alpha$ line emission. A strong blue/red asymmetry in the amplitude distribution across the H$\alpha$ emission line could hint at a spiral structure in the decretion disk. With the space photometry, the known frequency of 0.82 d$^{-1}$ is confirmed in data from the early 2000s. A higher frequency of 2.48 d$^{-1}$ is present in the data from 2015 to 2019 and possibly also in the early 2000s. A third frequency at 1.25 d$^{-1}$ is proposed to exist in both SMEI and BRITE data. The only explanation covering all three rapid variations seems to be nonradial pulsation. The two higher frequencies are incompatible with rotation.

研究の動機と目的

• γ Casにおける光学的変動性および質量損失機構を理解すること。これは、説明のつかないX線放射を示す代表的Be星である。
• 観測された高周波数変動（0.82 d⁻¹、1.25 d⁻¹、2.48 d⁻¹）が回転、公転モード、または振動に起因するかを特定すること。
• Hα線プロファイルの非対称性の起源を調査し、円盤構造との関連を検討すること。
• 複数エポックのデータを用いて、光度的および分光的変動の長期的進化を評価すること。

提案手法

• 2006–2017年の321本のアーカイブHαスペクトルを分析し、周期性を検出するとともに、線プロファイルの非対称性を検討した。
• 2003–2011年のSMEI光度計測および2015–2019年のBRITE-Constellationナノサテライトデータを、0.1–5 d⁻¹の周波数範囲で時系列解析した。
• フーリエ解析および周波数解析を用いて、顕著な周期性を同定し、その時間的安定性を評価した。
• Hαの振幅分布と公転位相の相互相関をとり、位相固定されたらせん状構造の影響を検出した。
• SMEIデータを再分析し、2000年代初頭に2.48 d⁻¹周波数が存在したかを検証した。
• 回転、公転、非球面振動（NRP）の各起源を区別するためのモデル比較を実施した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 γ Casの同伴星の203.5日周期は、Hα線構造の分光的解析によって確認されるか？
• RQ2 観測された高周波数光度変動（0.82 d⁻¹、1.25 d⁻¹、2.48 d⁻¹）は、回転、公転モード、または非球面振動に起因するか？
• RQ3 Hα線プロファイルにおける青線/赤線振幅非対称性は、同伴星に起因する重力的影響によって誘発された位相固定らせん状円盤構造を示唆するか？
• RQ4 2.48 d⁻¹周波数はSMEIおよびBRITEデータの両方で検出可能であり、2000年代初頭にも存在したか？
• RQ5 観測された3つの周波数は、非球面振動のような単一の物理的メカニズムで説明可能か？

主な発見

• γ Casの同伴星の203.5日周期は、Hα発光線構造の位相固定モード変動によって確認された。
• Hα線プロファイルにおける強い青線/赤線振幅非対称性は、同伴星の重力的影響によって誘発された可能性の高いらせん状の降着円盤構造を示唆する。
• 0.82 d⁻¹周波数はSMEIデータ（2003–2011年）で確認され、振幅が減少傾向にあり、BRITEデータ（検出限界約1 mmag）には存在しない。
• 2.48 d⁻¹周波数はBRITE光度計測（2015–2019年）で支配的であり、2003–2011年のSMEIデータにも存在した可能性が示され、長期にわたる持続性を示す。
• 1.25 d⁻¹周波数はSMEIおよびBRITE両方のデータで検出され、複数のデータセットにわたる存在を支持する。
• 3つの高周波数変動（0.82 d⁻¹、1.25 d⁻¹、2.48 d⁻¹）は回転に起因するものと不一致であり、非球面振動（NRPs）による説明が最も妥当であり、Be星における質量放出の主因であると結論づけられる。