[논문 리뷰] High-resolution TNG spectra of T Tauri stars: Near-IR GIANO observations of the young variables XZ Tau and DR Tau

S. Antoniucci, B. Nisini외 7명|arXiv (Cornell University)|2017. 06. 16.

Astrophysics and Star Formation Studies참고 문헌 51인용 수 7

한 줄 요약

이 연구는 이탈리아 테레스코피아 나치오날레 갈릴레오의 GIANO 장비를 사용하여 고해상도 근적외선 스펙트로스코피(R ~ 50,000)를 적용해 두 개의 EXor 유형 T 타우리 성성(XZ Tau 및 DR Tau)의 적축 및 풍속 활동을 조사한다. 분석 결과 XZ Tau는 강력하고 변화가 심한 고속 풍속과 최근의 적축 폭발과 관련된 금속선을 나타내는 반면, DR Tau는 안정적인 풍속과 더 높은 온도의 veiling을 보이며, 먼지가 없는 기체 디스크의 특징을 나타내어 넓은 밴드의 근적외선 스펙트로스코피가 젊은 항성계에서 자기장 구조, 적축, 풍속 성분을 분리하는 데 강력한 능력을 지닌다는 것을 입증한다.

ABSTRACT

We used the TNG/GIANO instrument to obtain near-IR high-resolution spectra (R~50000) of XZ Tau and DR Tau, two actively accreting T Tauri stars classified as EXors. The analysis of the observed features provides information on the properties of the inner disk, the accretion columns, and the winds. Both sources display composite HI line profiles, with contributions from both accreting gas and high-velocity winds. These lines become more symmetric and narrower with increasing upper energy, which may be interpreted in terms of two components with different decrements or imputed to self-absorption effects. XZ Tau shows a relatively high state of activity with respect to literature observations. The variation of the HeI 1.08um line blue-shifted absorption suggests that the inner wind has undergone a dramatic change in its velocity structure, connected with a recent accretion event. DR Tau has a more stable wind as its HeI 1.08um absorption is stable in time in spite of strong variability of the emission component. The IR veiling can be interpreted as due to blackbody emission at temperatures of 1600K for XZ Tau and 2300K DR Tau, with emitting areas ~30 times larger than the star. For XZ Tau these conditions are consistent with emission from the inner rim of the dusty disk, while for DR Tau the fairly high temperature may suggest an origin from a thick gaseous disk within the dust sublimation radius. Strong and broad metallic lines, mainly from CI and FeI, are detected in XZ Tau, similar to those observed in other EXor sources during burst phases. DR Tau shows weaker and narrower metallic lines, despite its larger accretion luminosity. This suggests that accretion is not the only driver of metallic line excitation. Our observations show the potential of wide-band, high-resolution near-IR spectroscopy to simultaneously probe the phenomena that occur in the star-disk interaction region.

연구 동기 및 목표

• 고해상도 근적외선 스펙트로스코피를 활용해 변동성이 있는 T 타우리 성성의 성성-디스크 상호작용 영역을 특성화한다.
• 관측된 스펙트럼 특징에서 적축 열대, 풍속, 내부 디스크 방출 기여도를 분리한다.
• 두 개의 활발히 적축 중인 EXor 유형 T 타우리 성성인 XZ Tau와 DR Tau에서 내부 디스크 및 기체 유출 기체의 물리 조건과 변동성을 조사한다.
• 적외선 veiling의 기원을 규명하고, 이로부터 내부 디스크의 온도와 구조에 대한 함의를 도출한다.

제안 방법

• 이탈리아 테레스코피아 나치오날레 갈릴레오의 GIANO 장비를 사용해 고해상도 근적외선 스펙트로스코피(R ~ 50,000)를 확보하였다.
• H i 파스천 및 브라켓선, He i 1.08 μm, 금속선(Fe i, C i 등)의 프로파일 형상과 등가폭을 분석하였다.
• 유사 스펙트럼 유형의 광학적 기준 스펙트럼과 대조하여 타깃 스펙트럼의 veiling을 측정하였으며, 흑체 모델에 적합시켜 온도와 방출 면적을 추정하였다.
• 허용선에서 방출 및 흡수 성분의 운동학적 구조를 활용해 적축 유입과 고속 풍속 기여도를 식별하였다.
• H2 2.12 μm 선 프로파일을 분석하여 디스크 유도 방출과 충격에 의해 자극된 성분을 구분하였다.
• 근적외선 범위 전반에 걸친 동시적 넓은 밴드 커버리지 덕분에 여러 진단 수단 간 veiling과 선 프로파일을 일관되게 비교할 수 있었다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 고해상도 근적외선 스펙트럼을 통해 XZ Tau와 DR Tau의 내부 디스크 및 적축 영역의 운동학적 및 물리적 조건는 어떠한가?
• RQ2 H i 및 He i 선에서 관측된 방출 및 흡수 특징의 변동 패tern은 적축 및 풍속 활동 변화와 어떻게 관련되어 있는가?
• RQ3 이 시스템에서 적외선 veiling의 기원은 무엇이며, 이는 내부 디스크의 온도와 구조에 대해 어떤 함의를 갖는가?
• RQ4 DR Tau의 적축 luminosity가 더 높음에도 불구하고 XZ Tau와 DR Tau가 금속선 자극 수준에서 다른 이유는 무엇인가?
• RQ5 고해상도 근적외선 스펙트로스코피는 동일한 스펙트럼 범위에서 적축, 풍속, 디스크 방출의 기여도를 어느 정도 분리해 낼 수 있는가?

주요 결과

• XZ Tau는 극도로 변동성이 심한 고속 풍속을 나타내며, He i 1.08 μm 선의 파란편이 흡수 성분이 극적으로 변화하여 최근의 적축 사건을 시사한다.
• DR Tau는 강한 변동성을 보이는 방출선을 보이지만 안정적인 풍속 성분을 유지하고 있어, 적축과 풍속 역학이 서로 다른 공간 영역에서 분리되어 있다는 것을 시사한다.
• XZ Tau의 적외선 veiling은 내부 먼지 디스크 가장자리 영역(별 표면 면적의 약 30배)에서 1600 K의 흑체 복사와 일치하며, 이는 내부 먼지 디스크 가장자리에서의 방출임을 시사한다.
• DR Tau의 veiling은 더 높은 온도(2300 K)를 요구하여, 먼지가 없는 광학 두께가 두꺼운 기체 디스크에서의 방출임을 시사하며, 이는 먼지 sublimation 반경 내부에서 발생한다.
• XZ Tau에서 관측된 강력하고 넓은 금속선(Fe i, C i)은 폭발 단계 활동과 관련되어 있으며, 반면 DR Tau의 더 약하고 좁은 선들은 적축만으로는 금속선 자극을 설명할 수 없음을 시사한다.
• XZ Tau의 H2 2.12 μm 선은 좁은 디스크 성분과 넓은 파장 이동한 파랑편이 우세한 성분을 보이며, 이는 넓은 각도의 유출에서 충격에 의해 자극된 것으로 보이며, 복잡한 유출 역학을 추가로 확인한다.