[논문 리뷰] Structure of Herbig AeBe disks at the milliarcsecond scale A statistical survey in the H band using PIONIER-VLTI

B. Lazareff, Jean-Philippe Berger외 27명|CaltechAUTHORS (California Institute of Technology)|2016. 11. 25.

Astrophysics and Star Formation Studies참고 문헌 92인용 수 63

한 줄 요약

이 연구는 H-대역 PIONIER/VLTI 간섭계를 사용하여 51개의 헤르비그 AeBe 디스크의 밀리초각 스케일 구조를 조사하여 내부 디스크 두께의 일반적인 값 z/r ≈ 0.2와 자기차폐로 인한 강력한 편평한 디스크 기하학의 증거(z/r ≈ 0.5)를 밝혀냈다. 먼지의 탈착 온도는 1500 K 이상으로 제약되며, 선호되는 값은 1800 K이다. 확장된 발광 성분은 디스크의 편평함 또는 빛 산란과 관련이 있으며, 각도 방향의 변동은 림 그림자 효과로 인한 비축대칭 구조를 시사한다.

ABSTRACT

Context. It is now generally accepted that the near-infrared excess of Herbig AeBe stars originates in the dust of a circumstellar disk. Aims. The aims of this article are to infer the radial and vertical structure of these disks at scales of order one au, and the properties of the dust grains. Methods. The program objects (51 in total) were observed with the H-band (1.6micron) PIONIER/VLTI interferometer. The largest baselines allowed us to resolve (at least partially) structures of a few tenths of an au at typical distances of a few hundred parsecs. Dedicated UBVRIJHK photometric measurements were also obtained. Spectral and 2D geometrical parameters are extracted via fits of a few simple models: ellipsoids and broadened rings with azimuthal modulation. Model bias is mitigated by parallel fits of physical disk models. Sample statistics were evaluated against similar statistics for the physical disk models to infer properties of the sample objects as a group. Results. We find that dust at the inner rim of the disk has a sublimation temperature Tsub~1800K. A ring morphology is confirmed for approximately half the resolved objects; these rings are wide delta_r>=0.5. A wide ring favors a rim that, on the star-facing side, looks more like a knife edge than a doughnut. The data are also compatible with a the combination of a narrow ring and an inner disk of unspecified nature inside the dust sublimation radius. The disk inner part has a thickness z/r~0.2, flaring to z/r~0.5 in the outer part. We confirm the known luminosity-radius relation; a simple physical model is consistent with both the mean luminosity-radius relation and the ring relative width; however, a significant spread around the mean relation is present. In some of the objects we find a halo component, fully resolved at the shortest interferometer spacing, that is related to the HAeBe class.

연구 동기 및 목표

• 고각해상도 간섭계를 사용하여 약 1 au 스케일에서 헤르비그 AeBe 디스크의 반경 및 수직 구조를 특성화하기.
• 근적외선 초과 발광에서 유도된 먼지 입자 성질, 특히 탈착 온도를 추론하기.
• 내부 디스크 영역에 확장되거나 비축대칭적인 구조가 존재하는지 조사하기.
• 디스크의 편평함과 자기차폐가 관측된 가시성 및 폐쇄 위상 프로파일 형성에 미치는 영향 평가하기.
• 관측된 가시성 곡선 형태를 설명하기 위해 대안 모델(예: 고온의 내부 기체 성분)의 타당성 평가하기.

제안 방법

• H-대역(1.6 μm)에서 VLTI의 PIONIER 기구를 사용하여 고대비, 장기반 간섭계 관측을 수행하였다.
• 밀리초각 스케일의 공간적 구조를 탐색하기 위해 간섭계 데이터에서 가시성 및 폐쇄 위상을 추출하였다.
• 디스크 기하학, 기울기 및 먼지 성질을 추론하기 위해 관측된 가시성 및 폐쇄 위상 데이터에 광선 전달 모델을 적합시켰다.
• 대칭성의 위반 여부를 시험하기 위해 축대칭 모델과 각도 방향 조절이 있는 모델을 비교하였다.
• 비축대칭 특성과 확장된 성분의 유의미성 평가를 위해 가시성 곡선과 폐쇄 위상의 통계적 분석을 수행하였다.
• 온도 분포와 피팅 편향을 고려한 모델과 관측된 복사량 및 가시성 프로파일을 비교하여 탈착 온도를 제약하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 밀리초각 해상도 간섭계를 통해 드러난 약 1 au 스케일에서 헤르비그 AeBe 디스크의 반경 및 수직 구조는 무엇인가요?
• RQ2 이 시스템에서 먼지 탈착 온도는 얼마이며, 입자 성질과의 관계는 어떻게 되나요?
• RQ3 확장된 발광 성분이 존재하는 증거가 있으며, 그에 대한 물리적 메커니즘은 무엇일까요?
• RQ4 내부 디스크에서 축대칭성의 위반은 감지 가능한가요? 그 원인은 무엇인가요?
• RQ5 관측된 가시성 곡선은 표준 편평한 디스크 모델로 설명될 수 있으며, 아니면 먼지 탈착 반경 내의 고온 기체나 내성 입자 등 추가 성분이 필요할까요?

주요 결과

• 헤르비그 AeBe 디스크의 내부 영역은 일반적으로 z/r ≈ 0.2의 두께를 가지며, 별에 가까운 곳에서 중간 정도의 편평한 기하학을 나타낸다.
• 관측된 기울기 분포는 자기차폐로 인한 편평한 디스크 모델(z/r ≈ 0.5)과 일치하며, 고기울기 시스템(cos i < 0.45)는 관측되지 않았다.
• 광선 전달 모델링과 편향 보정을 통해 먼지 탈착 온도는 1500 K 이상으로 제약되었으며, 선호되는 값은 1800 K이다.
• 표본의 상당 부분에서 기울기 40 mas보다 큰 기울기에서 해상도가 확보된 확장된 발광 성분이 관측되었으며, 이는 헤르비그 군 분류와 적외선 색상과 관련이 있었다.
• 가시성 및 폐쇄 위상 데이터의 각도 방향 변동은 비축대칭 구조를 시사하며, 이는 기울어진 림의 자기그림자 효과로 인한 것으로 보이며, 해상도 ρ′ ≈ 0.5에서 폐쇄 위상 최대값이 약 ~10°에 도달하였다.
• 일부 모델(IN)은 관측된 폐쇄 위상 진폭(~10°)을 재현하지만, 다른 모델(THM)은 낮은 진폭(~2°)을 보이며, 이는 내부 디스크 물리 및 비대칭성의 개선된 모델링이 필요함을 시사한다.