[論文レビュー] X-ray variability of PMS stars - Toward an explanation of the different X-ray properties of CTTS and WTTS

E. Flaccomio, G. Micela+1 more|arXiv (Cornell University)|Oct 25, 2012

Astrophysics and Star Formation Studies被引用数 16

ひとこと要約

この論文は、円盤のねじれや降着流などの周原始構造による時間的に変化する吸収が、弱線Tタウリ星（WTTS）と比較して、古典的Tタウリ星（CTTS）で観測されるより高いX線変動性と、より低く散らばったX線放射度を説明すると提案している。このメカニズムは、最大約10日間の時標識で作用し、CTTSのより顕著な変動性と、X線放射度の顕著な抑制を説明する。これは、CTTSのコロナがWTTSのものと本質的に同様であると仮定することで成立する。

ABSTRACT

The intense X-ray emission from coronae and accretion shocks in young PMS stars is likely to play an important role in the evolution and dispersal of circumstellar disks. Several aspects of the physics of this X-ray emission remain mysterious, e.g., whether and how much accretion affects coronal emission. We studied the X-ray variability of ~1 Myr old low-mass PMS stars as a function of timescale, stellar rotation, and stellar characteristics, in order to gain insights on the working of PMS coronae, their X-ray emission, and the circumstellar environment in which they are immersed. We have exploited the ~850 ksec long Chandra observation of the Orion Nebula Cluster obtained by the COUP collaboration in Jan. 2003, and statistically analyzed the X-ray lightcurves of low-mass stars in several subsamples. In particular, we characterized the different X-ray behavior of stars with and without circumstellar accretion disks. Accreting stars (Classical T Tauri Stars, CTTSs) are found to be more variable than non accreting ones (Weak-lined T Tauri Stars, WTTSs) at all timescales and in all the X-ray energy bands considered. Variability is seen to increase with time-scale up to ~10 days, i.e. the longest probed. Signatures of rotational modulation are observed for both CTTSs and WTTSs, and most clearly for CTTSs in the soft X-ray band. Lower mass stars are more variable than higher mass ones. We propose that the difference in variability between CTTSs and WTTSs may be explained assuming that the X-ray emission of CTTS is affected by time-variable absorption due circumstellar structures, such as warps in the inner disk and/or accretion streams. This suggestion is appealing because, in the hypothesis that the coronae of CTTSs and WTTSs are similar, it may also explain why CTTSs have lower and more scattered X-ray emission levels with respect to WTTSs.

研究の動機と目的

• 前主系列星におけるX線変動性の起源を調査すること、特に古典的Tタウリ星（CTTS）と弱線Tタウリ星（WTTS）の違いを明らかにすること。
• X線放射の変動が、星のコロナ内因性のプロセスによるものか、周原始物質による可変的遮蔽によるものかを特定すること。
• 星の質量、回転、周原始円盤構造がX線光曲線に与える影響を評価すること。
• 円盤のねじれや降着流による可変的吸収が、CTTSの観測されたX線的性質を説明できるという仮説を検証すること。

提案手法

• オリオン星団クラスター（COUP調査）における850 ksecのチャンドラ観測からのX線光曲線の統計的分析。
• 降着の兆候とスペクトル分類に基づいて、低質量前主系列星をCTTSとWTTSに分類すること。
• 複数の時標識（最大約10日間）および異なるX線エネルギー帯（例：ソフト500–1500 eV）で、変動アーマグニチュード（VA）を計算すること。
• 変動アーマグニチュードを星の質量、全放射光度、回転周期と比較して傾向を特定すること。
• 測定誤差を考慮したX線放射度–質量およびX線放射度–全放射光度関係の散らばりを評価すること。
• AA Tauに類似たモデルを物理的フレームワークとして用い、ソフトX線における回転調制と長期的変動を解釈すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 なぜ古典的Tタウリ星（CTTS）は、すべての時標識およびエネルギー帯で、弱線Tタウリ星（WTTS）よりもX線変動性が強いのか？
• RQ2 CTTSで観測されたX線変動性は、星のコロナ内因性の変動ではなく、周原始構造による時間的変化する吸収によって説明可能か？
• RQ3 特にソフトX線帯域において、円盤のねじれや降着流がCTTSのX線放射をどのように調制しているか？
• RQ4 同じコロナ温度を有するにもかかわらず、なぜCTTSはWTTSと比較してX線放射度が低く、より散らばっているのか？
• RQ5 長期間の変動（最大約10日間）におけるX線放射の変動は、周原始構造の恒常的進化に起因する程度はどの程度か？

主な発見

• CTTSは、すべての時標識およびX線エネルギー帯で、WTTSよりも顕著に高いX線変動性を示し、変動アーマグニチュードは最大約10日間の期間にかけて増加する。
• 回転調制は、CTTSにおいて特にソフトX線帯（500–1500 eV）で最も明確に観測され、コロナ放射の周期的遮蔽を示唆する。
• 低質量星は高質量星よりも高い変動アーマグニチュードを示し、質量が増加するに従い変動が減少する明確な傾向が見られる。
• CTTSのX線放射度–質量関係における散らばり（0.47 dex）は、WTTSのそれ（0.34 dex）を上回り、測定誤差では完全に説明できない。
• CTTSのX線放射度の観測された散らばりは、質量、光度、二重星の混入による推定誤差（0.43 dex）を大きく上回っており、本質的変動を示唆する。
• CTTSの長期的変動および回転調制は、円盤のねじれや降着流といった進化する周原始構造による時間的変化する吸収によって最もよく説明できる。