[논문 리뷰] AMBER/VLTI high spectral resolution observations of the Br$γ$ emitting region in HD 98922. A compact disc wind launched from the inner disc region

A. Caratti o Garatti, Л. В. Тамбовцева외 10명|Figshare|2015. 08. 04.

Astrophysics and Star Formation Studies참고 문헌 64인용 수 23

한 줄 요약

이 연구는 고분광 해상도를 가진 AMBER/VLTI 간섭계 측정법(R = 12,000)을 사용하여 허비그 비 별 HD 98922의 Brγ 발광 영역을 해상하고, 내부 디스크(0.1–1 AU)에서 기인한 밀도가 높고 비대칭적인 디스크 풍이 존재함을 밝혀냈다. 이 풍의 반개구역은 30°이며 질량 손실률은 약 2 × 10⁻⁷ M☉ yr⁻¹이다. 관측된 V자형 차등 위상과 부분적으로 해상된 Brγ 발광(89m 기준 위상함수 = 0.8)은 자기 중심력에 의해 구동되는 디스크 풍과 비대칭 연속 디스크 모형의 조합에 의해 가장 잘 설명된다.

ABSTRACT

We analyse the main physical parameters and the circumstellar environment of the young Herbig Be star HD 98922. We present AMBER/VLTI high spectral resolution (R =12000) interferometric observations across the Br$γ$ line, accompanied by UVES high-resolution spectroscopy and SINFONI-AO assisted near-infrared integral field spectroscopic data. To interpret our observations, we develop a magneto-centrifugally driven disc-wind model. Our analysis of the UVES spectrum shows that HD 98922 is a young (~5x10^5 yr) Herbig Be star (SpT=B9V), located at a distance of 440(+60-50) pc, with a mass accretion rate of ~9+/-3x10^(-7) M_sun yr^(-1). SINFONI K-band AO-assisted imaging shows a spatially resolved circumstellar disc-like region (~140 AU in diameter) with asymmetric brightness distribution. Our AMBER/VLTI UT observations indicate that the Br$γ$ emitting region (radius ~0.31+/-0.04 AU) is smaller than the continuum emitting region (inner dust radius ~0.7+/-0.2 AU), showing significant non-zero V-shaped differential phases (i.e. non S-shaped, as expected for a rotating disc). The value of the continuum-corrected pure Br$γ$ line visibility at the longest baseline (89 m) is ~0.8+/-0.1, i.e. the Br$γ$ emitting region is partially resolved. Our modelling suggests that the observed Br$γ$ line-emitting region mainly originates from a disc wind with a half opening angle of 30deg, and with a mass-loss rate of ~2x10(-7) M_sun yr^(-1). The observed V-shaped differential phases are reliably reproduced by combining a simple asymmetric continuum disc model with our Br$γ$ disc-wind model. The Br$γ$ emission of HD 98922 can be modelled with a disc wind that is able to approximately reproduce all interferometric observations if we assume that the intensity distribution of the dust continuum disc is asymmetric.

연구 동기 및 목표

• 고각도 및 고분광 해상도 데이터를 이용하여 젊은 허비그 비 별 HD 98922의 물리적 매개변수와 원성성 환경을 규명하는 것.
• 내부 디스크에서 Brγ 발광 영역의 공간적 크기와 운동학적 특성을 규명하여, 물질 유입 및 분출 과정을 추적하는 것.
• 간섭계 관측량인 차등 위상과 위상함수에 영향을 주는 디스크 풍과 비대칭 연속 구조의 기여도를 분리하여 분석하는 것.
• 관측된 간섭계 서명을 재현하기 위해 자기 중심력에 의해 구동되는 디스크 풍 모형과 비대칭 연속 디스크 모형을 조합하여 Brγ 발광을 모델링하는 것.

제안 방법

• VLT의 AMBER/VLTI 장비를 이용해 Brγ 선의 고분광 해상도(R = 12,000) 간섭계 관측을 수행하였다.
• 별성분과 질량 유입률을 규명하기 위해 UVES 고해상도 스펙트로스코피를 보완적으로 활용하였다.
• 근적외선 적층 스펙트로스코피(SINFONI-AO)를 이용해 원성성 디스크 구조의 공간 해상도를 확보하였다.
• 순수 선 위상함수에 기하학적 피팅(Gaussian 및 고리 모형)을 적용하여 Brγ 발광 영역의 크기를 유도하였다.
• 반개구역 30°, 풍 기초점이 0.1에서 1 AU 범위에 위치하며 질량 손실률 2 × 10⁻⁷ M☉ yr⁻¹인 자기 중심력에 의해 구동되는 디스크 풍 모형을 개발하였다.
• 디스크 풍 모형과 단순한 비대칭 연속 디스크 모형을 조합하여 V자형 차등 위상과 비대칭 위상함수를 재현하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 HD 98922의 내부 디스크에서 Brγ 발광 영역의 공간적 크기와 형태는 어떠한가?
• RQ2 Brγ 발광을 주도하는 물리적 메커니즘은 무엇인가? (유입, 분출, 또는 풍), 그리고 운동학적으로 어떻게 배열되어 있는가?
• RQ3 왜 차등 위상은 S자형이 아니라 V자형을 띠는가? 이는 원성성 환경의 비대칭성에 대해 어떤 함의를 갖는가?
• RQ4 특정 매개변수(개구역, 질량 손실률, 반경 범위)를 가진 디스크 풍 모형이 관측된 간섭계 관측량을 재현할 수 있는가?
• RQ5 -dust 연속 디스크의 비대칭성은 Brγ 선 발광과 간섭계 서명의 해석에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• HD 98922는 5 × 10⁵년의 젊은(5 × 10⁵ yr), B9V 허비그 비 별로, 거리는 440 ± 50/60 pc이며 질량 유입률은 (9 ± 3) × 10⁻⁷ M☉ yr⁻¹이다.
• SINFONI K-band AO 영상은 약 140 AU의 직경을 가지며 비대칭 밝기 분포를 보이는 원성성 디스크를 공간적으로 해상했다. 이때 NNE 쪽이 SSW 쪽보다 약 2.5배 더 밝았다.
• Brγ 발광 영역의 고리 피팅 반경은 0.31 ± 0.04 AU이며, 연속기반 영역(내부 먼지 반경 ~0.7 ± 0.2 AU)보다 작다. 이는 국소적이고 밀도가 높은 발광원임을 시사한다.
• 최장 기준선(89 m)에서 연속기반 순수 Brγ 선 위상함수는 약 0.8 ± 0.1로, Brγ 발광이 공간적으로 확장되어 부분적으로 해상된 영역에서 기인함을 확인한다.
• 관측된 V자형 차등 위상과 약간의 비대칭 위상함수는 자기 중심력에 의해 구동되는 디스크 풍(반개구역 30°, 질량 손실률 2 × 10⁻⁷ M☉ yr⁻¹)과 비대칭 연속 디스크 모형의 조합에 의해 가장 잘 재현된다.
• Brγ 선 발광 영역은 주로 내부 디스크에서 기인하는 디스크 풍에 기인하며, 기초점은 약 0.1 AU에서 약 1 AU 범위에 걸쳐 있다. 이는 내부 디스크에서 자기력에 의해 유도된 분출 메커니즘과 일치한다.