[논문 리뷰] A study of the photometric and spectroscopic variations of the prototypical FU Orionis-type star V1057 Cyg

Zsófia Marianna Szabó, Á. Kóspál외 20명|arXiv (Cornell University)|2021. 05. 21.

Astrophysics and Star Formation Studies참고 문헌 115인용 수 27

한 줄 요약

이 연구는 V1057 Cyg, 프로타otypical FU Orionis 항성의 10년에 걸친 광도 및 스펙트로스코픽 모니터링 캠프를 제시하며, 지속적인 준주기적 밝기 변화와 복잡한 스펙트럼 선 행동을 규명한다. 저자들은 [S II], [N II], [O III] 방출선의 최초 탐지와 함께 시간에 따라 변하는 바람, 쉘, 금지된 방출선 특징을 보고하여 FUors에서의 응집 및 분출 역학에 대한 새로운 통찰을 제공한다.

ABSTRACT

Among the low-mass pre-main sequence stars, a small group called FU Orionis-type objects (FUors) are notable for undergoing powerful accretion outbursts. V1057 Cyg, a classical example of an FUor, went into outburst around 1969-1970, after which it faded rapidly, making it the fastest fading FUor known. Around 1995, a more rapid increase in fading occurred. Since that time, strong photometric modulations have been present. We present nearly 10 years of source monitoring at Piszk\'estet\H{o} Observatory, complemented with optical/near-infrared photometry and spectroscopy from the Nordic Optical Telescope, Bohyunsan Optical Astronomy Observatory, Transiting Exoplanet Survey Satellite, and the Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy. Our light curves show continuation of significant quasi-periodic variability in brightness over the past decade. Our spectroscopic observations show strong wind features, shell features, and forbidden emission lines. All of these spectral lines vary with time. We also report the first detection of [S II], [N II], and [O III] lines in the star.

연구 동기 및 목표

• 지금까지 알려진 가장 빠르게 흐려지는 FU Orionis 항성인 V1057 Cyg의 장기적 광도 변화를 규명하는 것.
• 바람, 쉘, 금지된 방출선을 포함한 스펙트럼 특징의 시간에 따른 행동을 조사하는 것.
• 특히 [S II], [N II], [O III]를 포함한 새로운 방출선을 광학 및 적외선 스펙트럼에서 식별하고 분석하는 것.
• 광학, 근적외선, 광도 대역에서의 다중파장 모니터링을 통해 FUors에서의 응집 및 분출 과정을 제약하는 것.
• FUor 활동의 원동력과 수십 년에 걸친 진화를 이끄는 물리적 메커니즘을 이해하는 데 기여하는 것.

제안 방법

• 피스케스테토 별반도에서 거의 10년에 걸친 광학 광도 모니터링을 수행하였으며, 이는 Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS)와 지상 관측소의 다색 광도 측정으로 보완되었다.
• 노르딕 광학 천체망원경, 보후운산 광학 천체망원경 및 기류층 대기 천체망원경(Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy, SOFIA)을 이용해 고해상도 광학 및 근적외선 스펙트로스코피를 확보하였다.
• 빛의 변화 곡선을 분석하여 준주기적 밝기 변화를 탐지하고 특성화하였으며, 이는 사인파형 및 지수 감쇠 모델에 적합시켰다.
• 스펙트럼에서 시간에 따라 변하는 방출 및 흡수 특징을 식별하고 측정하였으며, 이는 P Cygni 프로파일, 쉘 성분, 금지선을 포함한다.
• 원자선 데이터베이스를 사용하여 스펙트럼 특징을 할당하고, 이들의 자극 조건을 결정하였으며, [S II], [N II], [O III] 선의 탐지를 포함한다.
• 표준 스펙트로스코픽 처리 기법을 적용하고, 표준 항성과 대기 흡수 보정을 통해 유량을 보정하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 지난 10년 동안 V1057 Cyg에서 관측된 준주기적 광도 변화의 성격과 주기는 무엇인가?
• RQ2 V1057 Cyg에서 바람, 쉘, 금지된 방출선을 포함한 스펙트럼 특징은 시간에 따라 어떻게 변화하는가?
• RQ3 V1057 Cyg 스펙트럼에서 [S II], [N II], [O III] 방출선의 최초 탐지가 가지는 의미는 무엇인가?
• RQ4 관측된 광도 및 스펙트럼 변화는 이 프로타otypical FU Orionis 항성에서의 응집 및 분출 과정과 어떻게 관련이 있는가?
• RQ5 스펙트럼 선의 시간에 따른 변동성은 순환주변 환경의 기하학적 구조와 역학적 특성에 대해 무엇을 드러내는가?

주요 결과

• 빛의 변화 곡선은 지난 10년 동안 지속적인 중요한 준주기적 밝기 변화를 보이며, 응집 디스크 또는 순환주변 환경 내의 지속적인 불안정성을 시사한다.
• 스펙트럼 관측 결과 강력하고 시간에 따라 변하는 바람 특징, 쉘 성분, 금지된 방출선이 확인되어, 복잡한 분출 및 디스크 구조를 나타낸다.
• 이 연구는 V1057 Cyg에서 [S II] λ671.6, [S II] λ673.1, [N II] λ654.8, [N II] λ658.3, [O III] λ500.7 선의 최초 탐지를 보고하며, 특히 광학 스펙트럼에서의 후자는 특히 주목할 만하다.
• 500.7 nm에서의 [O III] 선은 광학 스펙트럼에서 탐지되어 순환주변 환경에 고이온화 종이 존재함을 확인한다.
• Hα 선은 강력한 방출 성분과 파장 이동된 흡수 성분을 가진 P Cygni 프로파일을 나타내며, 고속 분출이 계속되고 있음을 시사한다.
• Li I 670.8 nm 선은 강력하고 시간에 따라 변하는 흡수를 보이며, 지속적인 응집과 냉각된 먼지가 많은 환경 또는 디스크 존재와 일치한다.