[論文レビュー] Spectroscopic diagnostics for circumstellar disks of B[e] supergiants

M. Kraus|arXiv (Cornell University)|Oct 17, 2016

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 1被引用数 5

ひとこと要約

本論文は、B[e]超巨星の原始惑星円盤が連続的な流れではなく、複数の安定したケプラーロンジから成る、という分光的証拠を提示する。高分解能の可視光および赤外線分光法により、CO、[O i]、[Ca ii]の発光が塊状で輪状の構造を示すことが判明し、古典的な流れ出る円盤モデルに疑問を呈し、脈動駆動型質量噴出が形成機構である可能性を示唆する。

ABSTRACT

B[e] supergiants (B[e]SGs) are emission-line objects, presumably in a short-lived phase in the post-main sequence evolution of massive stars. Their intense infrared excess emission indicates large amounts of warm circumstellar dust, and the stars were longtime assumed to possess an aspherical wind consisting of a classical line-driven wind in polar direction and a dense, slow equatorial wind dubbed outflowing disk. The general properties obtained for these disks are in line with this scenario, although current theories have considerable difficulties reproducing the observed quantities. Therefore, more sophisticated observational constraints are needed. These follow from combined optical and infrared spectroscopic studies, which delivered the surprising result that the circumstellar material of B[e]SGs is concentrated in multiple rings revolving the stars on stable Keplerian orbits. Such a scenario requires new ideas for the formation mechanism, in which pulsations might play an important role.

研究の動機と目的

• 高分解能分光法を用いてB[e]超巨星の周囲円盤構造を再評価すること。
• 理論的モデルと観測された円盤特性の間の長年の不一致を解消すること。
• 周囲環境に見られる複数の安定した輪状構造の起源を調査すること。
• 特に近接した伴星が存在しない状況において、星の脈動がこれらの構造を形成する役割を評価すること。
• 過去の研究で過大評価されていた回転速度（v sin i）を、スペクトルデータの再分析により是正すること。

提案手法

• B[e]超巨星の高分解能可視光および近赤外線分光法を実施し、禁制線および分子線の発光を分析する。
• CO第一倍振動帯発光を、星の近くの高温・高密度な分子ガスのトレーサーとして用いる。
• [O i]および[Ca ii]禁制線を分析し、周囲物質の運動学的性質および空間的分布を調査する。
• 複数の観測エポックにおけるラインプロファイルを比較し、発光領域内の不均一性を検出する。
• 観測データに適合させるために、単一の連続的円盤ではなく、複数の分離した輪状構造を用いたモデルを適用する。
• 空間分解能を有する積分場ユニットKバンド画像法を用いて、特定の対象において塊状の輪状構造を確認する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 B[e]超巨星の周囲物質の真の空間的構造は、連続的円盤か、離散的な輪か？
• RQ2 なぜCO、[O i]、[Ca ii]の発光ラインは、正確なプロファイル適合のためには複数の物理的に異なる輪を必要とするのか？
• RQ3 質量の大きな星の周囲に複数の安定したケプラーロンジを形成・維持する物理的メカニズムは何か？
• RQ4 観測されたCOの変動（例：HD 327083、LHA 115-S 65）は、一時的な質量噴出または脈動的イベントとどのように関係しているのか？
• RQ5 円盤幾何学的形状に関する誤った仮定が原因で、過去のv sin i測定値がどの程度過大評価されていたのか？

主な発見

• 高分解能分光法により、B[e]超巨星におけるCO、[O i]、[Ca ii]発光が、連続的円盤ではなく、少なくとも2つの明確に分離した輪状構造から起因することが判明した。
• HD 327083におけるCOバンド発光は、1か月間のうちに顕著に変化しており、分子ガス内の急速な不均一性または動的変化を示唆している。
• LHA 115-S 65では、以前の非検出状態に続いて2011年10月に突然COバンド発光が観測されたため、噴出イベントを引き起こした可能性のある爆発的質量噴出が発生した可能性がある。
• LMCの星LHA 120-S 35では、2年間でCO強度が2倍に変化しており、LHA 120-S 73では2004年から2010年の間にCO強度が部分的に回復した。
• MWC 137の空間分解能Kバンド画像により、複数の塊状の分子輪状構造の存在が確認され、輪モデルを支持する。
• v sin i値の再分析により、過去の推定値が、円盤幾何学的形状および運動学的仮定の誤りによって著しく過大評価されていた可能性が示された。