[論文レビュー] The accretion dynamics of EX Lupi in quiescence:The star, the spot, and the accretion column

A. Sicilia‐Aguilar, Min Fang+6 more|arXiv (Cornell University)|May 29, 2015

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 76被引用数 17

ひとこと要約

本論文は、EX Lupiのスペクトル線における径方向速度の変動が、近接した伴星ではなく、安定した降着コアからの回転に依存する線に依存するベーリングによって引き起こされていると提案する。5年間にわたる降下期の分光観測を用いて、広帯域の発光成分が回転する非軸対称な降着構造を追跡しているのに対し、狭帯域の成分は衝撃波後方領域に由来し、ベーリングに起因する連続スペクトルの歪みによって伴星の信号を模倣する速度シフトを示している。

ABSTRACT

EX Lupi is a young star, prototype of EXor variables. Its spectrum is very rich in emission lines, including many metallic lines. It has been also proposed to have a close companion. We use the metallic emission lines to study the accretion structures and to test the companion hypothesis. We analyse 54 spectra taken in 5 years of quiescence time. We study the line profile variability and the radial velocity of the metallic emission lines. We use the velocity signatures of different species with various excitation conditions and their time dependency to track the dynamics associated to accretion. We observe periodic velocity variations in the line components consistent with rotational modulation. The modulation is stronger for lines with higher excitation potentials. We propose that the narrow line components are produced in the post-shock region, while the broad components originate in the more extended, pre-shock material. All the emission lines suffer velocity modulation due to the rotation of the star. The broad components are responsible for the line-dependent veiling observed in EX Lupi. Rotationally-modulated line-dependent veiling can explain the radial velocity signatures, making the close-in companion hypothesis unnecessary. The accretion structure is locked to the star and very stable during the 5 years of observations. Not all stars with similar spectral types and accretion rates show the same metallic emission lines, maybe related to differences in temperature and density in their accretion structure(s). The contamination of photospheric lines by accretion processes can be turned into a very useful tool to determine the innermost details of the accretion channels in the proximities of the star. Emission lines from very stable accretion columns will nevertheless be a very strong limitation for the detection of companions by radial velocity in young stars. (Abridged)

研究の動機と目的

• EX Lupiの光球吸収線における径方向速度変動の起源を特定すること。これは以前は近接した伴星に起因すると考えられていた。
• 金属線の発光線プロファイルを用いて、降下期におけるEX Lupiの降着の力学的構造を調査すること。
• 回転する降着コアからの線に依存するベーリングが、星の伴星の径方向速度シグネイチャをどれほど模倣できるかを検証すること。
• EX Lupiのような若い降着星における降着構造の安定性と幾何学的性質を理解すること。
• 強い降着シグネイチャを示す若い活発星における径方向速度法による系外惑星探査に与える影響を評価すること。

提案手法

• 降下期に5年間にわたって収集された54件の高分解能分光観測データの分析。
• 異なる励起ポテンシャルを持つ金属発光線における径方向速度変動の測定により、温度および密度の層化を追跡する。
• 線プロファイルにおける広帯域成分（BC）と狭帯域成分（NC）の比較により、降着流の空間的および力学的構造を推定する。
• ベーリング効果のモデリング：回転する降着コアからの線に依存するベーリングは連続スペクトルを歪め、光球線における仮想的な径方向速度シフトを生じさせる。
• 励起ポテンシャルが異なる元素の種における速度モodulationパターンの分析により、降着構造の幾何学的形状と安定性を制約する。
• 回転モジュレーション解析の適用により、伴星由来の信号と降着関連のシグネイチャを区別する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 EX Lupiの光球線における径方向速度変動は、星の伴星ではなく降着関連のプロセスによって説明可能か？
• RQ2 降下期における金属発光線の広帯域成分と狭帯域成分の力学的起源は何か？
• RQ3 異なる励起ポテンシャルを持つ発光線の速度変動は、降着コアの幾何学的形状と温度構造をどのように制約するか？
• RQ4 回転する降着コアからの線に依存するベーリングが、近接した伴星の径方向速度シグネイチャをどれほど正確に模倣するか？
• RQ5 降着構造は数年スケールで安定しているか？これは降着チャネルの制御に何を示唆するか？

主な発見

• 光球吸収線における径方向速度変動は、星の伴星ではなく、安定した降着コアからの回転に依存する線に依存するベーリングによって引き起こされている。
• 広帯域発光成分（BC）は回転する非軸対称な衝撃波前降着構造に由来し、数十〜数百度/秒の速度変動を示す。
• 狭帯域発光成分（NC）は衝撃波後方領域に由来し、数km/sのわずかな降下速度を示す。
• 励起ポテンシャルが大きい線はより強い回転モジュレーションを示し、これは降着衝撃に近い高温・高密度領域で形成されていることを示唆する。
• 降着構造は5年間にわたり安定しており、磁気的またはディスク駆動のメカニズムによる長期的制御が示唆される。
• 安定的かつ持続的な降着コアの存在は、若い降着星における伴星の径方向速度探査の検出可能性を著しく制限する。