[논문 리뷰] Probing the accretion-ejection connection with VLTI/AMBER: High spectral resolution observations of the Herbig Ae star HD163296

R. García López, Л. В. Тамбовцева외 5명|arXiv (Cornell University)|2015. 02. 10.

Astrophysics and Star Formation Studies참고 문헌 44인용 수 30

한 줄 요약

이 연구는 고분해능 스펙트럼 해상도를 가진 VLTI/AMBER 간섭계(분해능 R ~ 12,000)를 사용하여 헤르비그 Ae 항성 HD 163296의 Brγ 발광 영역을 탐색하여, 이 발광이 0.04 AU 이내에서 발생하는 밀도가 높고 자기장에 의해 구동되는 디스크 풍압에서 기인함을 밝혀냈다. 이는 먼지의 기화 경계보다 훨씬 가까운 거리에서 발생하는 것으로, 관측과 모델링 결과는 Brγ 선 발광이 주로 디스크 풍압에서 비롯되며, 자기장에 의한 물질 유입과의 관계에 대한 오랫동안 지속된 애매함을 해소한다. 이는 AU 이하 척도에서의 물질 유입-분출 연결 고리를 명확히 한다.

ABSTRACT

Accretion and ejection are tightly connected and represent the fundamental mechanisms regulating star formation. However, the exact physical processes involved are not yet fully understood. We present high angular and spectral resolution observations of the Br Gamma emitting region in the Herbig Ae star HD163296 (MWC275) in order to probe the origin of this line and constrain the physical processes taking place at sub-AU scales in the circumstellar region. By means of VLTI-AMBER observations at high spectral resolution (R~12000), we studied interferometric visibilities, wavelength-differential phases, and closure phases across the Br Gamma line of HD163296. To constrain the physical origin of the Br Gamma line in Herbig Ae stars, all the interferometric observables were compared with the predictions of a line radiative transfer disc wind model. The measured visibilities clearly increase within the Br Gamma line, indicating that the Br Gamma emitting region is more compact than the continuum. By fitting a geometric Gaussian model to the continuum-corrected Br Gamma visibilities, we derived a compact radius of the Br Gamma emitting region of ~0.07+/-0.02AU (Gaussian half width at half maximum; or a ring-fit radius of ~0.08+/-0.02AU). To interpret the observations, we developed a magneto-centrifugally driven disc wind model. Our best disc wind model is able to reproduce, within the errors, all the interferometric observables and it predicts a launching region with an outer radius of ~0.04AU. However, the intensity distribution of the entire disc wind emitting region extends up to ~0.16AU. Our observations, along with a detailed modelling of the Br Gamma emitting region, suggest that most of the Br Gamma emission in HD163296 originates from a disc wind with a launching region that is over five times more compact than previous estimates of the continuum dust rim radius.

연구 동기 및 목표

• HD 163296의 Brγ 발광 기원을 규명함으로써, 물질 유입과 분출 과정의 핵심 지표가 되는 Brγ 발광의 기원을 밝히기 위함이다.
• Brγ 발광이 자기장에 의한 물질 유입에서 기인하는지, 디스크 풍압에서 기인하는지, AU 이하 척도에서의 공간적 크기를 측정함으로써 이를 규명하기 위함이다.
• 고스펙트럼 해상도 간섭계 관측량을 이용하여 발광 영역의 발란칭 반경과 구조를 제약하기 위함이다.
• 자기장-원심력에 의해 구동되는 디스크 풍압 모델이 관측된 간섭계 서명을 재현할 수 있는지 시험하기 위함이다.
• 내부 원형별 환경에서의 물질 유입과 분출 간 물리적 연결 고리를 명확히 하기 위해, 가장 내측의 원형별 척도에서 지배적인 발광 메커니즘을 규명하기 위함이다.

제안 방법

• VLTI/AMBER를 사용하여 고스펙트럼 해상도(R ~ 12,000)의 스펙트로-간섭계 관측을 수행하여 Brγ 선을 여러 스펙트럼 채널에서 측정하였다.
• 간섭계 관측량인 가시도, 파장 차분 위상, 폐쇄 위상을 Brγ 선 전체에 걸쳐 측정하였고, 연속기여를 보정하였다.
• 연속기여 보정 후의 Brγ 가시도에 기하학적 가우시안 및 고리 모델을 피팅하여 발광 영역의 크기(0.07 ± 0.02 AU, HWHM)를 유도하였다.
• 자기장-원심력에 의해 구동되는 디스크 풍압을 위한 선 방사선 전달 모델을 개발하고 간섭계 관측량을 시뮬레이션하는 데 사용하였다.
• 모델을 반복적으로 조정하여 관측된 가시도, 차분 위상, 폐쇄 위상 및 선형형태와 일치시키며, 최적의 모델(MW6)이 관측 오차 범위 내에서 일치함을 확인하였다.
• 기타 발광 메커니즘의 기여를 평가하기 위해 디스크 풍압과 자기장에 의한 물질 유입 성분을 모두 포함하는 하이브리드 모델을 시험하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 HD 163296의 Brγ 발광은 주로 디스크 풍압에서 발생하는가, 아니면 자기장에 의한 물질 유입 기둥에서 발생하는가?
• RQ2 Brγ 발광 영역의 공간적 크기는 얼마이며, 먼지 기화 경계 반경과 비교해보면 어떠한가?
• RQ3 자기장-원심력에 의해 구동되는 디스크 풍압 모델이 관측된 간섭계 서명(가시도, 차분 위상, 폐쇄 위상)을 재현할 수 있는가?
• RQ4 관측된 Brγ 발광의 극히 좁은 크기는 디스크 풍압 기원과 일치하는가, 아니면 자기장에 의한 물질 유입 성분이 필요한가?
• RQ5 디스크 풍압의 발란칭 반경은 이전 연구에서 유도된 내부 먼지 막대 반경과 비교해보면 어떠한가?

주요 결과

• Brγ 발광 영역은 연속기여보다 더 작으며, 가우시안 반폭반경(HWHM)은 0.07 ± 0.02 AU이다.
• 고리 모델 피팅 결과로 도출된 Brγ 발광 반경은 0.08 ± 0.02 AU로, 좁고 국소화된 발광 영역을 확인한다.
• 최적의 디스크 풍압 모델(MW6)은 관측된 모든 간섭계 관측량—가시도, 차분 위상, 폐쇄 위상, 선형형태—를 관측 오차 범위 내에서 재현한다.
• 디스크 풍압는 약 0.04 AU의 외부 반경에서 발란칭되며, 이는 이전 연구에서 보고된 먼지 기화 경계 반경(0.19–0.45 AU)보다 훨씬 가까운 거리이다.
• 전체 디스크 풍압 발광 영역은 약 0.16 AU(15 R*)까지 연장되며, 발란칭 영역은 좁지만 발광 영역은 확장되어 있음을 시사한다.
• 관측 결과는 Brγ 발광이 순수하게 자기장에 의한 물질 유입에서 기인할 수 없음을 규명하였으며, 좁은 크기와 간섭계 서명은 디스크 풍압과 같은 더 넓은 구조를 필요로 한다.