[논문 리뷰] Multitechnique testing of the viscous decretion disk model I. The stable and tenuous disk of the late-type Be star $\beta$ CMi

Robert Klement, A. C. Carciofi외 11명|arXiv (Cornell University)|2015. 10. 05.

Astrophysics and Star Formation Studies참고 문헌 60인용 수 17

한 줄 요약

이 연구는 현재까지 가장 광범위한 다중기술, 다중파장 데이터셋을 활용하여 늦은 유형의 Be 항성 β CMi에서 점성 탈착원판(VDD) 모델을 시험한다. 내부 원판은 밀도 감쇠가 더 급격한(n = 3.5) 구조를 요구하는 반면, 외부 원판은 더 얕은 프로파일(n = 3.0)을 선호하며, 이는 알려지지 않은 이중성 항성의 존재로 인한 외부 원판의 단절 가능성을 시사한다. 라디오 관측은 원판의 확장을 35+10−5 개의 항성 반지름 범위 내로 제약하며, 투과도 측정은 거의 임계 회전률(W ≳ 0.98)을 나타낸다.

ABSTRACT

The viscous decretion disk (VDD) model is able to explain most of the currently observable properties of the circumstellar disks of Be stars. However, more stringent tests, focusing on reproducing multitechnique observations of individual targets via physical modeling, are needed to study the predictions of the VDD model under specific circumstances. In the case of nearby, bright Be star $\beta$ CMi, these circumstances are a very stable low-density disk and a late-type (B8Ve) central star. The aim is to test the VDD model thoroughly, exploiting the full diagnostic potential of individual types of observations, in particular, to constrain the poorly known structure of the outer disk if possible, and to test truncation effects caused by a possible binary companion using radio observations. We use the Monte Carlo radiative transfer code HDUST to produce model observables, which we compare with a very large set of multitechnique and multiwavelength observations that include ultraviolet and optical spectra, photometry covering the interval between optical and radio wavelengths, optical polarimetry, and optical and near-IR (spectro)interferometry. Due to the absence of large scale variability, data from different epochs can be combined into a single dataset. A parametric VDD model with radial density exponent of $n$ = 3.5, which is the canonical value for isothermal flaring disks, is found to explain observables typically formed in the inner disk, while observables originating in the more extended parts favor a shallower, $n$ = 3.0, density falloff. Modeling of radio observations allowed for the first determination of the physical extent of a Be disk (35$^{+10}_{-5}$ stellar radii), which might be caused by a binary companion. Finally, polarization data allowed for an indirect measurement of the rotation rate of the star, which was found to be $W \gtrsim 0.98$, i.e., very close to critical.

연구 동기 및 목표

• 다양한 관측 기술을 사용하여 단일의 잘 연구된 Be 항성에서 점성 탈착원판(VDD) 모델을 엄격히 시험하는 것.
• 특히 데이터가 부족한 외부 영역에서 원환성 주위 원판의 반경 밀도 프로파일을 제약하는 것.
• 특히 이중성 항성에 의한 원판 단절 메커니즘을 조사하는 것.
• 투과도 진단을 통해 중심 항성의 회전률을 결정하는 것.
• 라디오 연속 스펙트럼 관측을 통해 처음으로 원환성 주위 원판의 물리적 확장을 평가하는 것.

제안 방법

• VDD 모델 하에서 관측 가능량을 시뮬레이션하기 위해 HDUST 몬테카를로 복사전달 코드를 사용하였다.
• SED, 스펙트로스코피, 투과도, 간섭계 측정을 포함한 다양한 파장 범위(자외선에서 라디오까지)의 포괄적 데이터셋에 모델을 적합시켰다.
• 다중파장 간섭계 측정(O, near-IR, mid-IR)을 활용하여 원판 기하학 및 운동학을 탐색하였다.
• 라디오 연속 스펙트럼 데이터를 분석하여 외부 원판 반경을 추정하고 단절 여부를 시험하였다.
• 파스첸 연속 투과도를 사용하여 항성의 회전률(W)을 추정하였다.
• 다양한 기술을 통해 모델 예측과 관측 결과를 비교하여 원판 구조의 다중 해석 가능성을 제거하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 VDD 모델은 β CMi의 전체 다중파장 및 다중기술 데이터셋을 정확히 재현할 수 있는가?
• RQ2 원판의 반경 밀도 프로파일은 무엇이며, 내부 및 외부 영역에서 다르게 나타나는가?
• RQ3 외부 원판이 단절되어 있는가? 만약 그렇다면, 이중성 항성과 같은 메커니즘이 원인일 수 있는가?
• RQ4 중심 B8Ve 항성의 회전률은 무엇이며, 투과도를 통해 독립적으로 제약할 수 있는가?
• RQ5 원환성 주위 원판의 물리적 확장은 무엇이며, 라디오 관측을 통해 직접 측정할 수 있는가?

주요 결과

• 내부 원판은 반경 밀도 지수 n = 3.5를 요구하며, 이는 등온성 팽창 원판과 일치한다. 반면 외부 원판은 더 얕은 프로파일(n = 3.0)을 선호한다.
• 필요한 밀도 프로파일 간의 괴리로 인한 비이sov온 효과는 설명할 수 없으며, 이는 tidal 단절과 같은 물리적 원인이 있을 가능성을 시사한다.
• 라디오 관측은 원판 외부 반경을 35+10−5 개의 항성 반지름 범위 내로 제약하며, 이는 물리적 단절 척도를 시사한다.
• 파스첸 연속 영역에서 관측된 양의 투과도 기울기는 항성의 회전률 W ≳ 0.98를 요구하며, 이는 거의 임계 회전을 나타낸다.
• AMBER 스펙트로간섭계를 사용하여 기울기 각도를 i = 43+3°−2°로 정밀하게 추정하였다.
• 스펙트로스코피, 광도 측정, 간섭계 데이터의 조합은 이중성 항성이 원판 단절의 가장 가능성 있는 원인임을 지지하며, 늦은 유형 또는 준백색 항성의 동반성을 선호한다.