[논문 리뷰] An analysis of the V-band light curve of the Be star omega CMa with the viscous decretion disk model

M. R. Ghoreyshi, A. C. Carciofi|arXiv (Cornell University)|2017. 02. 22.

Astrophysics and Star Formation Studies인용 수 3

한 줄 요약

이 연구는 1982년에서 2015년 사이의 Be 항성 ω CMa의 V-band 광도곡선에 점성 탈출원판(VDD) 모델을 적용하여 원판 형성 및 붕괴 단계를 모두 모델링한다. 연구 결과, 점성 매개변수 α는 0.1에서 1.0 사이로 변동하며, 폭발기 동안 더 높은 값을 보이며, 침체기 동안에도 질량 주입이 완전히 멈추지 않음을 보여, Be 항성에서 절대적 침체 상태를 가정하는 것에 도전한다.

ABSTRACT

We analyze the V-band photometry data of the Be star omega CMa, observed during the last four decades. The data is fitted by hydrodynamic models based on the viscous decretion disk (VDD) theory, in which a disk around a fast-spinning Be star is formed by material ejected by the central star and driven to progressively wider orbits by means of viscous torques. For the first time, we apply the model for both the disk build up and the dissipation phases. Our simulations offer a good description of the photometric variability in both phases, which suggests that the VDD model adequately describes the disk structural evolution. Furthermore, our analysis allowed us to determine the viscosity parameter (alpha) of the gas, as well as the net mass loss rate. We find that alpha is variable, ranging from 0.1 to 1.0, and that build up phases have larger values of alpha than the dissipation phases. Additionally, we find that, contrary to what is generally assumed, even during quiescence the outward mass flux is never zero, suggesting that the star alternates between a high mass-loss phase (outburst) and a low mass-loss phase (quiescence).

연구 동기 및 목표

• 1982년 이후 여러 폭발기 및 침체기 사이클을 거쳐 ω CMa의 전체 V-band 광도곡선을 모델링하기.
• 점성 탈출원판(VDD) 모델이 원판 형성 및 붕괴 단계를 동시에 기술할 수 있는지 테스트하기.
• 원판 진화의 다양한 단계에서 점성 매개변수 α와 질량 주입률을 결정하기.
• 침체기가 절대적인 질량 손실가운데 없음을 의미하는지, 아니면 지속적인 낮은 수준의 질량 주입률이 존재하는지 조사하기.

제안 방법

• 관측된 V-band 광도곡선을 지수함수로 피팅하여 단계의 지속시간과 시스케일을 추정하기.
• 시간에 따라 변하는 유체역학 코드 SINGLEBE를 사용하여 반지름과 시간에 따른 원판 표면 밀도 및 질량 유량을 계산하기.
• 복사전달 코드 HDUST을 사용하여 원판 구조에서의 스펙트럼 에너지 분포와 V-band 초과광도를 계산하기.
• 세 가지 자유 매개변수인 질량 주입률, α, 각 단계의 시작 시점을 조정하여 VDD 모델을 제약하기.
• 다양한 사이클 동안 모델 광도곡선과 관측자료를 비교하여 최적의 피팅 매개변수 도출하기.
• 다른 원판 반경에서의 질량 유량을 분석하여 탈출과 재흡착의 균형 평가하기.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 점성 탈출원판 모델은 ω CMa의 광도곡선에서 원판 형성 및 붕괴 단계를 정확히 재현할 수 있는가?
• RQ2 원판 진화의 다양한 단계에서 점성 매개변수 α의 범위와 변동성은 무엇인가?
• RQ3 침체기는 진정으로 질량 손실가운데 없음을 의미하는가, 아니면 지속적인 낮은 수준의 질량 주입이 존재하는가?
• RQ4 연속적인 붕괴 단계에서 관측된 밝기 감소 경향은 원판 진화 시스케일과 어떻게 관련이 있는가?

주요 결과

• VDD 모델은 ω CMa의 광도 변화를 원판 형성 및 붕괴 단계 모두에서 성공적으로 재현한다.
• 점성 매개변수 α는 0.1에서 1.0 사이로 변동하며, 원판 형성 단계에서는 붕괴 단계보다 더 높은 값(최대 1.0)을 보인다.
• 폭발기 동안 질량 주입률은 3.2 × 10⁻⁸에서 2.4 × 10⁻⁷ M☉ yr⁻¹ 사이이며, 침체기 동안도 비영속적인 값(2.7 × 10⁻¹⁰에서 1.1 × 10⁻⁸ M☉ yr⁻¹)을 유지한다.
• 연속적인 붕괴 단계에서 관측된 밝기의 장기적 감소 경향은 모델에 의해 재현되며, 침체기 동안에도 지속적인 질량 손실이 있음을 시사한다.
• 원판 반경에서의 질량 유량은 질량 주입률보다 훨씬 작으며(약 100배), 별로 다시 흡착되는 물질이 상당히 존재함을 나타낸다.
• 지수함수 피팅에서의 역시계 τ⁻¹과 VDD 모델링에서의 α 매개변수 사이에 밀접한 상관관계가 발견되어, α가 원판 진화 시스케일을 주로 조절한다는 것을 뒷받침한다.