[論文レビュー] The GRAVITY Young Stellar Object survey IV. The CO overtone emission in 51 Oph at sub-au scales

Collaboration Gravity, M. Koutoulaki+70 more|arXiv (Cornell University)|Nov 11, 2020

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 46被引用数 2

ひとこと要約

GRAVITY装置を用いた高分解能干渉計測定により、この研究では51 Ophの原始星の内側円盤におけるCOオーバートーン線放出を空間的に解像した。データは、星からの距離0.10±0.02 auに位置する、非常に高温（1900–2800 K）、高密度（0.9–9×10²¹ cm⁻²）のCO放射領域を明らかにした。この領域はほだれのサブリマチオン半径内に位置し、ほだれ円盤と一致しており、ほだれが存在しない内側領域にCOが存在するという従来の円盤モデルに反する結果となった。

ABSTRACT

51 Oph is a Herbig Ae/Be star that exhibits strong near-infrared CO ro-vibrational emission at 2.3 micron, most likely originating in the innermost regions of a circumstellar disc. We aim to obtain the physical and geometrical properties of the system by spatially resolving the circumstellar environment of the inner gaseous disc. We used the second-generation VLTI/GRAVITY to spatially resolve the continuum and the CO overtone emission. We obtained data over 12 baselines with the auxiliary telescopes and derive visibilities, and the differential and closure phases as a function of wavelength. We used a simple LTE ring model of the CO emission to reproduce the spectrum and CO line displacements. Our interferometric data show that the star is marginally resolved at our spatial resolution, with a radius of 10.58+-2.65 Rsun.The K-band continuum emission from the disc is inclined by 63+-1 deg, with a position angle of 116+-1 deg, and 4+-0.8 mas (0.5+-0.1 au) across. The visibilities increase within the CO line emission, indicating that the CO is emitted within the dust-sublimation radius.By modelling the CO bandhead spectrum, we derive that the CO is emitted from a hot (T=1900-2800 K) and dense (NCO=(0.9-9)x10^21 cm^-2) gas. The analysis of the CO line displacement with respect to the continuum allows us to infer that the CO is emitted from a region 0.10+-0.02 au across, well within the dust-sublimation radius. The inclination and position angle of the CO line emitting region is consistent with that of the dusty disc. Our spatially resolved interferometric observations confirm the CO ro-vibrational emission within the dust-free region of the inner disc. Conventional disc models exclude the presence of CO in the dust-depleted regions of Herbig AeBe stars. Ad hoc models of the innermost disc regions, that can compute the properties of the dust-free inner disc, are therefore required.

研究の動機と目的

• 空間的解像度の高い干渉計測定データを用いて、51 Ophの内側ガス円盤の物理的・幾何学的構造を特定すること。
• ほだれが存在しない内側円盤領域におけるCOロ・ボリューショナル放出の起源と分布を調査すること。
• 従来の円盤モデルが、ほだれが存在しない領域におけるCO放出を説明できるかどうかを検証すること。
• CO放射ガスの温度、全密度、サイズ、傾き、位置角、および運動学的構造（回転速度など）を制約すること。

提案手法

• 非常に大型望遠鏡干渉計（VLT-I）に搭載されたGRAVITY装置を用い、高スペクトル分解能のKバンド干渉計データを取得した。
• 12本の基線にわたる可視度、微分位相、クロージャー位相を測定し、空間的およびスペクトル的情報を再構成した。
• COバンドヘッドスペクトルおよび連続対比位相シフトを再現するため、局所的熱的平衡状態のリングモデルを適用した。
• CO放射の合成強度マップを用いて、観測されたずれを再現し、放射領域のサイズ、傾き、位置角、回転速度を推定した。
• 光学的厚さの高いJ成分を仮定したもとで、観測されたCOスペクトルにフィットさせ、物理的パラメータ（T, NCO）を制約した。
• CO放射領域の幾何学的形状と運動学的構造を、ほだれ円盤のそれと比較し、一致の有無を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 51 OphのCOオーバートーン線放出は、ほだれサブリマチオン半径に対してどの位置に空間的に存在するか？
• RQ2 内側円盤におけるCO放射ガスの物理的状態（温度、全密度）は何か？
• RQ3 CO放射領域は、傾きおよび位置角の面でほだれ円盤と一致しているか？
• RQ4 CO放射領域のサイズおよび運動学的構造は何か？
• RQ5 標準的円盤モデルは、ほだれが存在しない内側円盤にCOが存在することを説明できるか？

主な発見

• CO放射は、星からの距離0.10±0.02 auの領域から発生しており、ほだれサブリマチオン半径の内側に位置している。
• CO放射ガスは高温（1900–2800 K）かつ高密度（0.9–9×10²¹ cm⁻²）であり、以前の研究と整合的である。
• CO放射領域の傾きは63°±1°、位置角は116°±1°であり、ほだれ円盤と一致している。
• CO放射はKバンド連続スペクトルよりもはるかにコンパクトであり、COバンドヘッド内での可視度上昇は、より小さな放射領域を示している。
• COラインの連続対比位相ずれは、0.1 auに位置するリングモデルによって最もよく再現され、そのコンパクトさが確認された。
• COとほだれ円盤の間の一致は、重大なずれがないことを示しており、ガス成分とほだれ成分が同時に形成された可能性を支持する。