[논문 리뷰] Short-term variability and mass loss in Be stars I. BRITE satellite photometry of $η$ and $μ$ Centauri

D. Baade, Th. Rivinius외 14명|arXiv (Cornell University)|2016. 02. 04.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 69인용 수 28

한 줄 요약

이 연구는 BRITE 위성의 광도 및 스펙트로스코피를 사용하여 베타 및 미우 중심기의 질량 손실을 조사하며, 비등방성 진동(NRPs)이 두 NRP 모드의 주파수 차이에서 비선형 결합을 통해 항성-디스크 상호작용을 이끈다는 것을 밝혀낸다. 주요 발견은 질량 이행이 이 결합에 의해 조절되며, 부모 모드의 합보다 세 배 높은 진폭을 가지며, 그로 인한 활동은 Štefl 주파수와 연결된 점성 지배 디스크 엔진에 의해 주도된다는 것이다.

ABSTRACT

Empirical evidence for the involvement of nonradial pulsations (NRP's) in the mass loss from Be stars ranges from (i) a singular case (\object{$μ$ Cen}) of repetitive mass ejections triggered by multi-mode beating to (ii) several photometric reports about enormous numbers of pulsation modes popping up during outbursts and on to (iii) effective single-mode pulsators. The BRITE Constellation of nanosatellites was used to obtain mmag photometry of the Be stars $η$ and \object{$μ$ Cen}. In the low-inclination star \object{$μ$ Cen}, light pollution by variable amounts of near-stellar matter prevented any new insights into the variability and other properties of the central star. In the equator-on star \object{$η$ Cen}, BRITE photometry and {\sc Heros} echelle spectroscopy from the 1990s reveal an intricate clockwork of star-disk interactions. The mass transfer is modulated with the frequency difference of two NRP modes and an amplitude three times as large as the amplitude sum of the two NRP modes. This process feeds a high-amplitude circumstellar activity running with the incoherent and slightly lower so-called Štefl frequency. The mass loss-modulation cycles are tightly coupled to variations in the value of the Štefl frequency and in its amplitude, albeit with strongly drifting phase differences. The observations are well described by the decomposition of the mass loss into a pulsation-related engine in the star and a viscosity-dominated engine in the circumstellar disk. Arguments are developed that large-scale gas-circulation flows occur at the interface. The propagation rates of these eddies manifest themselves as Štefl frequencies. Bursts in power spectra during mass-loss events can be understood as the noise inherent to these gas flows.

연구 동기 및 목표

• 비등방성 진동(NRPs)이 베 스타에서 질량 손실과 디스크 형성에 미치는 역할을 조사한다.
• 일시적인 NRP 모드가 베 스타에서 질량 손실 기간을 조절하거나 유도하는지 여부를 규명한다.
• 등반면 및 고기울기 베 스타에서 항성 진동과 원형주변 디스크 역학 간의 결합을 특성화한다.
• 빛의 변화 곡선에서 관측된 고진폭·장기적 원형주변 활동의 기원을 설명한다.
• 점성 지배 디스크 유동이 항성-디스크 상호작용면에서 관측된 Štefl 주파수를 생성한다는 가설을 검증한다.

제안 방법

• BRITE-Constellation 나노위성들을 사용하여 η 및 μ 중심기의 고정밀 mmag 광도 측정을 확보한다.
• 1990년대의 기록된 Heros 에클레스 스펙트로스코피 자료와 BRITE 광도 데이터를 융합하여 η 중심기의 도플러 속도 및 발광선 변동성을 분석한다.
• 광도 변화 곡선에 주파수 분석을 수행하여 진동 모드를 식별하고 Štefl 주파수 존재 여부를 탐지한다.
• 두 NRP 모드의 주파수 차이에서 비선형 결합을 모델링하여 증폭된 진폭 조절 및 질량 손실 폭발을 설명한다.
• NRP 모드, Štefl 주파수, 디스크 활동 간의 위상 관계를 조사하여 디스크 역학을 추론한다.
• 이중 엔진 모델을 제안한다: 항성 내에서 진동에 의해 구동되는 엔진과 디스크 내에서 점성 지배 엔진이며, 난류의 확산이 Štefl 주파수를 생성한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 베 스타의 비등방성 진동이 비선형적으로 결합하여 증폭된 질량 손실 사건을 유도하는가?
• RQ2 η 중심기에서 관측된 고진폭 원형주변 활동은 두 NRP 모드의 주파수 차이와 어떻게 관련이 있는가?
• RQ3 Štefl 주파수의 물리적 기원은 무엇이며, 디스크 역학과 질량 이행과 어떻게 연결되는가?
• RQ4 NRP 모드, Štefl 주파수, 질량 손실 폭발 간의 위상 관계가 점성 지배 디스크 모델과 얼마나 일치하는가?
• RQ5 관측된 질량 이행의 진폭 조절은 진동 진폭의 비선형 합으로 설명될 수 있는가, 아니면 더 복잡한 결합 메커니즘이 필요한가?

주요 결과

• η 중심기에서는 질량 이행 조절의 진폭이 두 NRP 모드 진폭의 합보다 세 배 더 크며, 강한 비선형 결합을 시사한다.
• 질량 손실의 조절은 두 비등방성 진동 모드의 주파수 차이에서 발생하며, 이는 관측된 고진폭 원형주변 활동을 이끈다.
• 장기적 조절로 관측되는 Štefl 주파수는 NRP 모드의 진폭 및 주파수 변화와 밀접하게 결합되어 있으나, 강하게 변화하는 위상 차이를 보인다.
• 관측된 변동성은 이중 엔진 모델로 가장 잘 설명된다: 항성 내에서 진동에 의해 구동되는 엔진과 원형주변 디스크에서 점성 지배 엔진.
• 항성-디스크 상호작용면에서 대규모 기체 순환 유동이 난류로 확산되며, 그 확산 속도가 Štefl 주파수로 나타난다.
• 질량 손실 사건 기간 동안의 파wr 스펙트럼 폭발은 VDD 모델에서 높은 점성 계수를 가진 난류 기체 유동의 본질적 노이즈로 해석되며 일관성을 보인다.