[논문 리뷰] The 2008 outburst in the young stellar system ZCMa: I. Evidence of an enhanced bipolar wind on the AU-scale

M. Benisty, F. Malbet외 16명|arXiv (Cornell University)|2010. 07. 05.

Astrophysics and Star Formation Studies참고 문헌 38인용 수 21

한 줄 요약

VLTI/AMBER 간섭계를 이용해 Z CMa의 2008년 활성화 사건 기간 동안, 히르베이그 BE 항성의 AU 규모 내부 영역에서 이중성 바람을 검출하였다. 스펙트로-아스트로메트리 및 볼륨 함수 데이터는 케플러 운용 원반 또는 낙하 모델을 배제하였으며, 활성화 이후 Br γ 선의 소실은 활성화가 먼지 차폐가 아닌 질량 분출 증가로 인한 것임을 시사한다. 이는 대질량 청소년 별에서 고액적 적재와 강력한 분출 사이의 연관성을 시사한다.

ABSTRACT

Accretion is a fundamental process in star formation. Although the time evolution of accretion remains a matter of debate, observations and modelling studies suggest that episodic outbursts of strong accretion may dominate the formation of the protostar. Observing young stellar objects during these elevated accretion states is crucial to understanding the origin of unsteady accretion. ZCMa is a pre-main-sequence binary system composed of an embedded Herbig Be star, undergoing photometric outbursts, and a FU Orionis star. The Herbig Be component recently underwent its largest optical photometric outburst detected so far. We aim to constrain the origin of this outburst by studying the emission region of the HI Brackett gamma line, a powerful tracer of accretion/ejection processes on the AU-scale in young stars. Using the AMBER/VLTI instrument at spectral resolutions of 1500 and 12 000, we performed spatially and spectrally resolved interferometric observations of the hot gas emitting across the Brackett gamma emission line, during and after the outburst. From the visibilities and differential phases, we derive characteristic sizes for the Brackett gamma emission and spectro-astrometric measurements across the line, with respect to the continuum. We find that the line profile, the astrometric signal, and the visibilities are inconsistent with the signature of either a Keplerian disk or infall of matter. They are, instead, evidence of a bipolar wind, maybe partly seen through a disk hole inside the dust sublimation radius. The disappearance of the Brackett gamma emission line after the outburst suggests that the outburst is related to a period of strong mass loss rather than a change of the extinction along the line of sight. Based on these conclusions, we speculate that the origin of the outburst is an event of enhanced mass accretion, similar to those occuring in EX Ors and FU Ors.

연구 동기 및 목표

• 90년 만에 관측된 가장 큰 광학적 활성화 사건인 Z CMa 이중성계의 2008년 광학적 활성화 사건의 기원을 규명하기 위해.
• AU 규모에서의 적재 및 분출 과정을 주요 추적자로 삼는 HI Br γ 선에서 방출되는 뜨거운 기체의 물리적 조건과 기하학적 구조를 제약하기 위해.
• 활성화 사건이 흡수 변화인지, 아니면 적재-분출 활동의 내재적 변화인지를 판단하기 위해.
• 고스펙트럼 및 고공간 해상도 간섭계를 활용해 히르베이그 BE 항성의 내부 환경이 원반-바람 또는 항성 바람 기하학을 포함하고 있는지 테스트하기 위해.
• 극도의 적재 상태에서 Br γ 선의 반응을 분석함으로써 고질량 청소년 별에서 질량 적재 및 분출의 역할을 평가하기 위해.

제안 방법

• VLTI의 AMBER 기구를 사용해 스펙트럼 해상도 1500 및 12,000에서 공간적·스펙트럼적으로 해상된 간섭계 관측을 수행하였다.
• Br γ 방출선 전체에 걸쳐 볼륨 함수 및 차등 위상 측정을 통해 방출 영역의 특징 크기와 공간적 이격도를 유도하였다.
• 스펙트로-아스트로메트리 기법을 적용해 파장 이동된 빨간선 및 파장 이동된 파랑선 성분 간의 미세한 이격을 탐지함으로써 비대칭 방출 구조를 확인하였다.
• 연속체와의 Br γ 선 방출의 공간적·스펙트럼적 특징을 비교하여 방출 기체의 위치 및 운동학적 특성을 분리하였다.
• 관측된 아스트로메트릭 신호 및 볼륨 함수 변동을 통해 케플러 운용 원반 및 낙하 모델을 배제하고, 이중성 바람 기하학을 지지하였다.
• 기존의 발레르 선 흡수 및 CO 과도선 방출 데이터와 결합하여 질량 적재율 및 바람 특성을 추론하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 Z CMa의 2008년 광학적 활성화 사건의 기원은 먼지 차폐인지, 아니면 강화된 적재/분출인지?
• RQ2 활성화 기간 동안 Br γ 선에서 방출되는 뜨거운 기체의 기하학적 구조와 운동학적 특성은 무엇인가?
• RQ3 방출 영역은 케플러 운용 원반, 낙하 물질, 또는 이중성 바람과 일치하는가?
• RQ4 활성화 이후 Br γ 선이 사라지는 것은 이 사건의 물리적 메커니즘에 대해 어떤 정보를 제공하는가?
• RQ5 관측된 간섭계 서명은 원반-바람 또는 항성 바람 모델로 설명될 수 있는가? 이는 대질량 청소년 별에서 적재-분출 결합에 대해 어떤 함의를 갖는가?

주요 결과

• Br γ 선 프로파일, 아스트로메트릭 신호, 볼륨 함수 데이터는 케플러 운용 원반 또는 낙하 모델과 부합하지 않으며, 이중성 바람 기하학을 시사한다.
• 빨간선 및 파랑선 성분 간의 스펙트로-아스트로메트릭 이격은 비대칭 방출을 확인하며, 원반 뚜껑을 통해 보이는 이중성 기하학을 지지한다.
• Br γ 방출 영역의 특징 크기는 먼지 기화 반경과 일치하며, 이는 방출 영역이 내부 원반 공동 내부에 위치함을 시사한다.
• Br γ 방출선은 활성화 이후 사라지며, 이는 선 방출이 일시적이고 활성화 단계와 관련된 것이며 영구적인 특징이 아니라는 것을 의미한다.
• 선의 소실은 연속체 복사량의 변화를 수반하지 않기 때문에, 활성화가 선로 투과도 변화에 의한 것이 아니라는 것을 시사한다.
• 결과는 활성화가 급격한 질량 적재 증가에 의해 유도되었고, 이로 인해 일시적인 강력한 이중성 바람이 발생했음을 시사하며, 이는 저질량 항성의 EXors 및 FUors와 유사하다.