[논문 리뷰] Cyclic Variability of the Circumstellar Disc of the Be Star $\zeta$ Tau. II. Testing the 2D Global Disc Oscillation Model

A. C. Carciofi, Atsuo T. Okazaki외 6명|arXiv (Cornell University)|2009. 01. 08.

Astrophysics and Star Formation Studies참고 문헌 33인용 수 69

한 줄 요약

이 연구는 Be 항성 ζ Tauri의 자기일관성 있는 3차원 비선형열평형(NLTE) 복사전달 모델을 제시하며, 편광, 광도, 스펙트로광도, VLTI/AMBER 간섭측정 데이터를 사용하여 전반적 디스크 진동 시나리오를 시험한다. 이는 점성 탈출 디스크 모델이 형성 메커니즘으로서 확인되며, 공간 해상도 간섭측정 데이터에 대한 최초의 정량적 피팅을 제공한다. 이는 V/R 변동이 약 1430일 주기로 진동하는 일자리 나선 밀도파에 기인함을 시사한다.

ABSTRACT

Aims. In this paper we model, in a self-consistent way, polarimetric, photometric, spectrophotometric and interferometric observations of the classical Be star $\zeta$ Tauri. Our primary goal is to conduct a critical quantitative test of the global oscillation scenario. Methods. We have carried out detailed three-dimensional, NLTE radiative transfer calculations using the radiative transfer code HDUST. For the input for the code we have used the most up-to-date research on Be stars to include a physically realistic description for the central star and the circumstellar disc. We adopt a rotationally deformed, gravity darkened central star, surrounded by a disc whose unperturbed state is given by a steady-state viscous decretion disc model. We further assume that disc is in vertical hydrostatic equilibrium. Results. By adopting a viscous decretion disc model for $\zeta$ Tauri and a rigorous solution of the radiative transfer, we have obtained a very good fit of the time-average properties of the disc. This provides strong theoretical evidence that the viscous decretion disc model is the mechanism responsible for disc formation. With the global oscillation model we have successfully fitted spatially resolved VLTI/AMBER observations and the temporal V/R variations of the H$\alpha$ and Br$\gamma$ lines. This result convincingly demonstrates that the oscillation pattern in the disc is a one-armed spiral. Possible model shortcomings, as well as suggestions for future improvements, are also discussed.

연구 동기 및 목표

• 다양한 파장과 기법을 활용한 관측 데이터를 통해 Be 항성 ζ Tauri의 전역 디스크 진동 모델에 대한 비판적 정량적 시험을 수행한다.
• 점성 탈출 디스크 모델이 원환성별 주위 디스크의 시간 평균 및 시간에 따라 변하는 성질을 정확히 재현하는지 확인한다.
• 특히 V/R 변동과 간섭측정으로 드러난 공간 구조를 고려하여 디스크의 기하학적 구조와 역학을 평가한다.
• 간섭측정 및 스펙트로스코픽 데이터를 포함한 다양한 관측 제약 조건을 동시에 피팅하여 모델 매개변수의 모호함을 해소한다.

제안 방법

• 비국소 열역학적 평형(NLTE) 조건에서 복사전달, 복사 평형, 통계적 평형 문제를 동시에 해결하기 위해 3차원 NLTE 복사전달 코드 HDUST를 사용한다.
• 위상에 따라 변하는 복사장과 Kurucz 모델 대기계를 갖춘 회전으로 변형되고 중력에 의해 어두워진 중심 항성 모델을 사용한다.
• 정체된 상태의 점성 탈출 디스크를 수직 기하학적 평형과 케플러 운동을 가정하여 모델링하며, 이는 수평 방향으로의 균형 상태를 유지한다.
• Okazaki(1991) 및 Papaloizou 등(1992)의 모델에 기반해 디스크에 전역적 m = 1 일자리 나선 진동 모드를 초래한다.
• 시간 평균 광도, 스펙트로광도, 편광, 공간 해상도 간섭측정(VLTI/AMBER) 데이터를 동시에 피팅한다.
• 탈출된 영역과 국소적 차폐를 고려하기 위해 3차원 디스크 기하학에서의 복사 에너지 방출과 산란을 몬테카를로 광자 추적 기법으로 시뮬레이션한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 점성 탈출 디스크 모델은 ζ Tauri의 원환성별 주위 디스크 시간 평균 전반적 성질을 정확히 재현하는가?
• RQ2 일자리 나선 밀도파를 포함한 전역 디스크 진동 모델이 Hα 및 Brγ 선의 관측된 V/R 주기와 정량적으로 일치하는가?
• RQ3 VLTI/AMBER 간섭측정 관측 결과는 외부 디스크의 기하학적 구조를 어느 정도 제약하는가?
• RQ4 왜 모델은 Br15 선의 V/R 주기를 재현하지 못하고 내부 디스크에서 관측되지 않은 편광 변동을 예측하는가?
• RQ5 3차원 수직 진동 효과는 디스크 내 m = 1 모드의 봉쇄 및 진폭에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• 모델은 시간 평균 디스크 성질에 대해 뛰어난 피팅을 달성하였으며, 이는 점성 탈출 디스크 메커니즘이 ζ Tauri의 디스크 형성 원인임을 강력한 이론적 증거로 제시한다.
• VLTI/AMBER 간섭측정 데이터와 Hα 및 Brγ 선의 V/R 주기를 동시에 피팅함으로써, 밀도파가 일자리 나선임을 확인하였으며, 이는 약 1430일 주기로 진동함을 시사한다.
• 디스크의 기울기 각도는 95°로 결정되었으며, 이는 디스크의 남쪽면이 지구 쪽을 햖향하고 있음을 확인함으로써, 비공간 해상도 편광 측정에서의 모호함을 해소하였다.
• 간섭측정 데이터에 의해 확인된 바와 같이, 모델은 외부 디스크의 일반적 기하학적 구조를 성공적으로 재현하지만, Br15 선의 V/R 주기에는 일치하지 않으며 내부 디스크에서 관측되지 않은 편광 변동을 예측한다.
• 내부 디스크에서의 불일치는 전역 진동 모델이 내측 영역의 기하학적 또는 역학적 특성을 정확히 표현하지 못할 수 있음을 시사하며, 이는 비동온성 효과 또는 폭발에 의해 유도된 교란으로 인한 것일 수 있다.
• 이 연구는 Ogilvie(2008)가 기술한 3차원 수직 구조의 진동 모드가 외부 디스크의 진폭에 영향을 미칠 것으로 예상됨을 입증하였으며, 이는 향후 논문에서 추가 분석을 유도한다.