[論文レビュー] Structure of Herbig AeBe disks at the milliarcsecond scale A statistical survey in the H band using PIONIER-VLTI

B. Lazareff, Jean-Philippe Berger+27 more|CaltechAUTHORS (California Institute of Technology)|Nov 25, 2016

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 92被引用数 63

ひとこと要約

本研究では、HバンドのPIONIER/VLTI干渉測定を用いて、51個のヘルビッヒAeBe惑星環のミリアーセコンドスケール構造を調査した。内側のディスク厚さは典型的に z/r ≈ 0.2 であり、自己遮蔽による強力なフラットなディスク幾何学的形状（z/r ≈ 0.5）の証拠が得られた。チルミネーション温度は1500 K以上と制限され、好ましい値は1800 Kであった。拡張された発光成分はディスクのフラットネスや星光の散乱に関連しており、方位角方向の変動は非軸対称構造を示唆し、おそらくリムの影によるものである。

ABSTRACT

Context. It is now generally accepted that the near-infrared excess of Herbig AeBe stars originates in the dust of a circumstellar disk. Aims. The aims of this article are to infer the radial and vertical structure of these disks at scales of order one au, and the properties of the dust grains. Methods. The program objects (51 in total) were observed with the H-band (1.6micron) PIONIER/VLTI interferometer. The largest baselines allowed us to resolve (at least partially) structures of a few tenths of an au at typical distances of a few hundred parsecs. Dedicated UBVRIJHK photometric measurements were also obtained. Spectral and 2D geometrical parameters are extracted via fits of a few simple models: ellipsoids and broadened rings with azimuthal modulation. Model bias is mitigated by parallel fits of physical disk models. Sample statistics were evaluated against similar statistics for the physical disk models to infer properties of the sample objects as a group. Results. We find that dust at the inner rim of the disk has a sublimation temperature Tsub~1800K. A ring morphology is confirmed for approximately half the resolved objects; these rings are wide delta_r>=0.5. A wide ring favors a rim that, on the star-facing side, looks more like a knife edge than a doughnut. The data are also compatible with a the combination of a narrow ring and an inner disk of unspecified nature inside the dust sublimation radius. The disk inner part has a thickness z/r~0.2, flaring to z/r~0.5 in the outer part. We confirm the known luminosity-radius relation; a simple physical model is consistent with both the mean luminosity-radius relation and the ring relative width; however, a significant spread around the mean relation is present. In some of the objects we find a halo component, fully resolved at the shortest interferometer spacing, that is related to the HAeBe class.

研究の動機と目的

• 高分解能干渉測定を用いて、約1 auスケールでのヘリビッヒAeBeディスクの径方向および垂直方向構造を特徴づけること。
• 近赤外過剰発光から、微粒子の性質、特にサブリマション温度を推定すること。
• 内側ディスク領域における拡張または非軸対称的構造の存在を調査すること。
• ディスクのフラットネスと自己遮蔽が観測された可視性関数およびクロージャー位相プロファイルに与える影響を評価すること。
• 標準的なフラットディスクモデルが観測された可視性曲線を説明できるかを評価し、特に高温の内側ガス成分や耐火性粒子などの代替モデルの妥当性を検討すること。

提案手法

• Hバンド（1.6 μm）でVLTIのPIONIER装置を用いて、高対比・長基線干渉測定を実施した。
• 干渉測定データから可視性およびクロージャー位相を抽出し、ミリアーセコンドスケールでの空間構造を調査した。
• 放射移動モデルを観測された可視性およびクロージャー位相データにフィットさせ、ディスク幾何学、傾き、微粒子性質を推定した。
• 軸対称モデルと方位角方向の変調を含むモデルを比較し、対称性からのずれを検証した。
• 可視性曲線およびクロージャー位相の統計的解析を用いて、非軸対称的特徴および拡張成分の有意性を評価した。
• 温度分布とフィッティングバイアスを考慮したモデルと観測された放射度および可視性プロファイルを比較することで、サブリマション温度を制限した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ミリアーセコンド解像度の干渉測定によって明らかにされた、ヘリビッヒAeBeディスクの径方向および垂直方向構造は何か？
• RQ2 これらの系における微粒子サブリマション温度は何か？ また、微粒子の性質とどのように関係しているか？
• RQ3 拡張された発光成分の証拠はあるか？ それらを説明する物理的メカニズムは何か？
• RQ4 内側ディスクに軸対称性からの顕著なずれは観測されるか？ その原因は何か？
• RQ5 観測された可視性曲線は標準的なフラットディスクモデルで説明できるか？ それとも、チルミネーション半径内に高温のガスや耐火性粒子といった追加成分を必要とするか？

主な発見

• ヘリビッヒAeBeディスクの内側領域は、典型的に z/r ≈ 0.2 の厚さを示し、星に近い場所でややフラットな幾何学的形状を示している。
• 観測された傾きの分布は、自己遮蔽によるフラットディスクモデル（z/r ≈ 0.5）と整合的であり、高傾き（cos i < 0.45）のシステムは観測されなかった。
• 放射移動モデリングとバイアス補正を経て、微粒子サブリマション温度は1500 K以上と制限され、好ましい値は1800 Kであった。
• サンプルの顕著な割合が、40 masより大きな角スケールに対応する基線で拡張された発光成分を分解能として示しており、ヘリビッヒグループ分類および赤外色と相関していた。
• 可視性およびクロージャー位相データにおける方位角方向の変調は、非軸対称的構造を示唆しており、おそらく傾いたリムの自己影によるものであり、分解能 ρ′ ≈ 0.5 における位相クロージャー最大値は約10°に達した。
• 一部のモデル（IN）は観測されたクロージャー位相の振幅（約10°）を再現できたが、他のモデル（THM）は低く（約2°）に留まり、内側ディスクの物理的性質および非対称性のより良いモデリングの必要性を示唆した。