[논문 리뷰] Optical and infrared properties of V1647 Orionis during the 2003-2006 outburst. II. Temporal evolution of the eruptive source

D. Fedele, M. E. van den Ancker외 2명|ArXiv.org|2007. 06. 22.

Astrophysics and Star Formation Studies참고 문헌 47인용 수 28

한 줄 요약

이 연구는 2003–2006년 동안 V1647 Ori에서 발생한 활동을 광학 및 중간 적외선 스펙트로스코피를 통해 분석하여, FU Orionis 별과 EX Lupi 별의 특성 사이에서 혼합된 활동 행동을 규명하였다. 데이터는 열적 디스크 불안정성 모델을 지지하며, 변동하는 물질 붕착 속도와 원성주위 환경이 존재함을 시사하여, 이 별의 고유한 스펙트럼 특성과 초기 항성 진화 단계에서의 전이적 성격을 설명한다.

ABSTRACT

The occurrence of new FU Orionis-like objects is fundamental to understand the outburst mechanism in young stars and their role in star formation and disk evolution. Our work is aimed at investigating the properties of the recent outburst of V1647 Ori. Using optical and mid infrared long slit spectroscopy we monitored V1647 Ori in outburst between February 2004 and January 2006. The optical spectrum is characterized by Halpha and Hbeta in P-Cygni profile and by many weak FeI and FeII emission lines. Short timescale variability was measured in the continuum and line emission. On January 2006 we detected for the first time forbidden emission lines ([OI], [SII] and [FeII]). These lines are likely produced by an Herbig-Haro object driven by V1647 Ori. The mid infrared the spectrum of V1647 Ori is flat and featureless at all epochs. The SED changed drastically: the source was much redder in the early outburst than in the final phase. The magnitude rise and the SED of V1647 Ori resembles that of a FUor while the duration and recurrence of the outburst resemble that of a EXor. The optical spectrum is clearly distinct from either the absorption line spectrum of a FUor or the T Tauri-like spectrum of an EXor. Our data are consistent with a disk instability event which led to an increase of the mass accretion rate. The data also suggest the presence of a circumstellar envelope around the star+disk system. The peculiar N band spectrum might be explained by dust sublimation in the outer layers of the disk. The presence of the envelope and the outburst statistics suggest that these instability events occur only in a specific stage of a Class I source (e.g. in the transition phase to an optically visible star surrounded by a protoplanetary disk). We discuss the outburst mechanisms in term of the thermal instability model.

연구 동기 및 목표

• 2003–2006년 V1647 Ori의 활동 배경이 되는 물리적 메커니즘을 이해하기 위해.
• 이 활동이 FU Orionis 또는 EX Lupi 활동과 더 유사한지, 아니면 별개의 클래스를 이룬다는 것을 규명하기 위해.
• 디스크 불안정성, 환경 붕착, 물질 붕착 속도의 변동이 관측된 스펙트럼 및 광도 변화를 어떻게 형성하는지 조사하기 위해.
• 이 활동이 전주계성 별 집단과 Class I에서 T Tauri 별로의 전이 과정에 미치는 영향을 평가하기 위해.

제안 방법

• 2004년 2월부터 2006년 1월까지 ESO 파라날의 VLT에서 FORS2를 사용해 장선 스펙트로스코피를 실시하여, 4700–7300 Å 범위에서 광학선 프로파일과 연속 스펙트럼의 변화를 모니터링하였다.
• 8–13 μm 범위에서 La Silla의 TIMMI2를 사용해 중간 적외선 스펙트로스코피를 수행하여 스펙트럼 에너지 분포(SED)를 분석하고 먼지 특징을 탐지하였다.
• 공개된 VLTI/MIDI 간섭계 데이터를 통합하여 내부 디스크 및 환경의 공간적 구조를 탐색하였다.
• Hα, Hβ, Fe I, Fe II 및 금지선([O I], [S II], [Fe II])의 시간적 변화를 분석하여, 분출 및 붕착 역학을 추론하였다.
• 관측된 SED와 스펙트럼 에너지 분포를 FU Orionis 및 EX Lupi 활동의 이론 모델과 비교하였다.
• 예측된 붕착 속도와 온도 기울기와 관측된 스펙트럼 특징을 비교하여 열 불안정성 모델이 통합적 메커니즘으로서의 가능성을 평가하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 V1647 Ori의 혼합된 스펙트럼 특성은 전형적인 FU Orionis 별과 EX Lupi 별과 다름을 보이며, 그 원인은 무엇인가?
• RQ2 2003–2006년 활동 기간 동안 붕착 속도와 디스크 구조는 어떻게 변화하였으며, 이는 활동 메커니즘에 어떤 함의를 갖는가?
• RQ3 원성주위 환경은 활동 기간 동안 관측된 SED와 스펙트럼 특성을 어떻게 형성하는가?
• RQ4 열 불안정성 모델은 V1647 Ori의 지속 기간, 재발성, 스펙트럼 다양성 등 다른 활동성 천체와 비교해 설명할 수 있는가?
• RQ5 중간 적외선 스펙트럼이 평탄하고 특징이 없는 이유는 무엇이며, 이는 먼지의 기화와 디스크 기하학에 어떤 함의를 갖는가?

주요 결과

• V1647 Ori의 광학 스펙트럼은 Hα 및 Hβ가 P-Cygni 프로파일을 보이며, 약한 Fe I/Fe II 발광선을 나타내어 계속되는 붕착과 조밀하고 이온화된 바람이 존재함을 시사한다.
• 2006년 1월에 처음으로 금지선([O I], [S II], [Fe II])이 탐지되어, 활동성 별에 의해 구동되는 허비그-하로 물체 존재 가능성을 시사한다.
• 모든 시점에서 중간 적외선 스펙트럼은 평탄하고 특징이 없었으며, N밴드 스펙트럼은 외부 디스크 층에서 먼지 기화를 암시한다.
• SED는 뚜렷한 변화를 보였다: 초기 활동기 동안에는 최종 단계보다 훨씬 빨간색이었으며, 이는 먼지 분포 또는 온도 구조의 변화를 시사한다.
• 활동 지속 기간(~2–3년)과 수십 년에 걸친 재발성은 FU Orionis와 EX Lupi 행동 사이의 전이 단계임을 시사한다.
• 데이터는 열적 디스크 불안정성 모델을 지지하며, 활동의 진폭과 지속 기간이 환경 붕착 속도에 따라 달라지며, 이는 V1647 Ori의 혼합된 스펙트럼 및 광도 행동을 설명한다.