[논문 리뷰] An interferometric study of the post-AGB binary 89 Herculis. II Radiative transfer models of the circumbinary disk

M. Hillen, J. Menu외 7명|UvA-DARE (University of Amsterdam)|2014. 05. 08.

Astrophysics and Star Formation Studies참고 문헌 66인용 수 22

한 줄 요약

이 연구는 다중 파장 간섭계 및 광도 데이터를 이용한 복사전달 모델링을 통해 후-AGB 이중성 89 Herculis의 원위성 원반을 조사한다. 결과적으로 mm 크기의 정착된-dust 입자를 포함한 수동적이고 팽창된 원반은 적외선 SED와 간섭계 데이터를 재현하지만, 관측된 가시광선 산란 빛을 설명하지 못하며, 이는 추가적인 산란 성분—일반적으로 이중성 방향의 분출 또는 홀로에서 기인할 가능성이 있음을 시사한다.

ABSTRACT

The presence of disks and outflows is widespread among post-AGB binaries. In the first paper of this series, a surprisingly large fraction of optical light was found to be resolved in the 89 Her post-AGB system. The data showed this flux to arise from close to the central binary. Scattering off the inner rim of the circumbinary disk, or in a dusty outflow were suggested as two possible origins. With detailed dust radiative transfer models of the disk we aim to discriminate between these two configurations. By including Herschel/SPIRE photometry, we extend the SED such that it now fully covers UV to sub-mm wavelengths. The MCMax radiative transfer code is used to create a large grid of disk models. Our models include a self-consistent treatment of dust settling as well as of scattering. A Si-rich composition with two additional opacity sources, metallic Fe or amorphous C, are tested. The SED is fit together with mid-IR (MIDI) visibilities as well as the optical and near-IR visibilities of Paper I, to constrain the structure of the disk and in particular of its inner rim. The near-IR visibility data require a smooth inner rim, here obtained with a two-power-law parameterization of the radial surface density distribution. A model can be found that fits all the IR photometric and interferometric data well, with either of the two continuum opacity sources. Our best-fit passive models are characterized by a significant amount of mm-sized grains, which are settled to the midplane of the disk. Not a single disk model fits our data at optical wavelengths though, the reason being the opposing constraints imposed by the optical and near-IR interferometric data. A geometry in which a passive, dusty, and puffed-up circumbinary disk is present, can reproduce all the IR but not the optical observations of 89 Her. Another dusty, outflow or halo, component therefore needs to be added to the system.

연구 동기 및 목표

• 89 Herculis의 관측된 적외선 및 가시광선 간섭계 데이터를 수동적이고 팽창된 원위성 원반으로 설명할 수 있는지 확인하기 위해.
• 먼지 입자 크기, 조성 및 정착이 스펙트럼 에너지 분포와 가시도 프로파일에 미치는 영향을 평가하기 위해.
• Paper I에서 관측된 예상치 못한 높은 비율의 가시광선 산란 빛(35%)의 기원을 규명하기 위해.
• 관측된 근적외선 및 가시광선 가시도가 단일 원반 기하학으로 일치하는지 테스트하기 위해.
• 가시광선 빛을 설명하기 위해 추가 성분(예: 분출, 홀로)이 필요한지 제약을 가하기 위해.

제안 방법

• MCMax 코드를 사용하여 자가 일관된 먼지 정착과 산란을 포함한 3차원 먼지 복사전달 모델의 격자 구축.
• 입자 크기 분포를 제약하기 위해 Herschel/SPIRE 광도(200–600 μm)로 스펙트럼 에너지 분포(SED) 연장.
• 기록된 MIDI 중간 적외선 가시도, Paper I의 가시광선 및 근적외선 가시도, 그리고 밴드광도에 모델을 적합.
• Si가 풍부한 입자에 더해 금속성 Fe 또는 비정질 탄소를 추가 투과도 원천으로 사용하여 먼지 조성 테스트.
• 내부 원반 가장자리를 모델링하고 매끄러운 가시도 곡선을 얻기 위해 이중 거듭제곱 법칙 반경 표면 밀도 프로파일 사용.
• 자외선에서 sub-mm 파장에 걸쳐 시뮬레이션된 SED와 가시도를 관측치와 비교하여 모델 적합도 평가.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 수동적이고 팽창된 원위성 원반에 정착된 먼지 입자를 포함한 모델이 89 Herculis의 전체 SED와 간섭계 데이터를 재현할 수 있는가?
• RQ2 관측된 적외선 방출과 가시도 프로파일을 일치시키기 위해 필요한 입자 크기와 조성은 무엇인가?
• RQ3 왜 관측된 가시광선 산란 빛이 원반 모델만으로 예측된 빛보다 많아지는가?
• RQ4 근적외선 가시도 곡선의 매끄러움은 기하학적으로 두꺼운 팽창된 원반과 일치하는가?
• RQ5 가시광선 빛을 설명하기 위해 추가로 필요한 성분(예: 분출, 홀로)은 무엇이며, 어디에 위치해 있을 수 있는가?

주요 결과

• mm 크기의 정착된 먼지 입자를 포함한 이중 거듭제곱 법칙 표면 밀도 프로파일을 가진 원반 모델은 적외선 SED와 중간-근적외선 간섭계 데이터를 성공적으로 재현한다.
• 근적외선 가시도 데이터는 매끄러운 내부 가장자리가 필요하며, 이는 오직 이중 거듭제양 법칙 반경 프로파일에서만 달성된다.
• 모든 수동 원반 모델은 가시광선 간섭계 데이터를 적합하지 않으며, 이는 관측된 가시광선 산란 빛의 약 50%만 예측하기 때문이다.
• 최적 적합 모델은 원반 중면에 상당량의 mm 크기의 먼지 입자가 정착되어 있음을 요구하며, 이는 효율적인 입자 성장과 정착과 일치한다.
• 가시광선 빛의 불일치는 추가적인 산란 성분—일반적으로 이중성 방향의 분출 또는 홀로에서 기인할 가능성이 있음—이 중심 이중성의 선형 시야에 존재해야 한다는 것을 암시한다.
• 저주파 적외선 방출은 원반에 의해 지배되며, 가시광선 산란 빛은 확장된 분출 또는 홀로의 먼지에 의해 기여될 가능성이 높지만, 정확한 기하학은 아직 제약되지 않았다.