[논문 리뷰] The binary Be star $δ$ Scorpii at high spectral and spatial resolution : II The circumstellar disk evolution after the periastron

A. Meilland, P. Stee외 4명|arXiv (Cornell University)|2013. 01. 09.

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한 줄 요약

고해상도 스펙트럴 및 공간 해상도를 가진 VLTI/AMBER 간섭계를 사용하여, 이 연구는 이중 Be 항성 δ 스코피우스의 원환성 디스크가 2011년 페리아스트론 통과 1년 전과 후를 추적한다. 2010년에서 2012년 사이에 디스크는 평균 속도 0.2 km s⁻¹로 팽창했으며, 이중성 항성의 tidal 교란으로 인해 에포크 간 비대칭적 형태를 띠었으나, 스펙트럼 프로파일에 변화가 없음에도 불구하고 시간이 지나도 비대칭성이 '고정'되어 있는 것으로 나타났다.

ABSTRACT

Classical Be stars are hot non-supergiant stars surrounded by a gaseous circumstellar disk that is responsible for the observed infrared (IR) excess and emission lines. The influence of binarity on these phenomena remains controversial. We followed the evolution of the environment surrounding the binary Be star $δ$ Scorpii one year before and one year after the 2011 periastron to check for any evidence of a strong interaction between its companion and the primary circumstellar disk. We used the VLTI/AMBER spectro-interferometric instrument operating in the K band in high (12000) spectral resolution to obtain information on both the disk geometry and kinematics. Observations were carried out in two emission lines: Br$γ$ (2.172\,$μ$m) and $\ion{He}{i}$ (2.056\,$μ$m). We detected some important changes in $δ$ Scorpii's circumstellar disk geometry between the first observation made in April 2010 and the new observation made in June 2012. During the last two years the disk has grown at a mean velocity of 0.2\,km\,s$^{-1}$. This is compatible with the expansion velocity previously found during the 2001-2007 period. The disk was also found to be asymmetric at both epochs, but with a different morphology in 2010 and 2012. Considering the available spectroscopic data showing that the main changes in the emission-line profiles occurred quickly during the periastron, it is probable that the differences between the 2010 and 2012 disk geometry seen in our interferometric data stem from a disk perturbation caused by the companion tidal effects. However, taking into account that no significant changes have occurred in the disk since the end of the 2011 observing season, it is difficult to understand how this induced inhomogeneity has been "frozen" in the disk for such a long period.

연구 동기 및 목표

• 2011년 페리아스트론 통과 주변에서 δ 스코피우스의 원환성 디스크의 진화를 조사하기 위해.
• 이중성 항성과의 타이드 상호작용이 디스크의 기하학적 형태와 운동학에 상당한 영향을 미치는지 확인하기 위해.
• 간섭계 및 스펙트럼 데이터를 활용하여 디스크의 장기적 안정성과 팽창 속도를 평가하기 위해.
• 관측된 디스크 구조의 비대칭성 기원과 그 지속성에 대한 이해를 위해.

제안 방법

• K 밴드에서 VLTI/AMBER를 이용한 고해상도 스펙트럼 간섭계(12,000)를 활용하여 디스크 기하학적 형태와 운동학을 탐색하기 위해.
• 디스크 구조와 속도장 분석을 위해 Brγ(2.172 μm) 및 He I(2.056 μm)의 복사선 관측을 수행하기 위해.
• 비대칭적 디스크 형태를 재구성하기 위해 상대 위상, 차등 위상, 클로처 위상을 측정하기 위해.
• 페리아스트론 이전(2010년)과 이후(2012년) 데이터를 비교하여 디스크 진화 및 팽창을 추적하기 위해.
• Keplerian 회전과 점성 팽창을 가정한 디스크 운동학 모델링을 통해 팽창 속도 유도하기 위해.
• Rivinius 등(2012)의 스펙트럼 데이터를 활용하여 디스크 변화의 시기와 페리아스트론 간의 상관관계를 제약하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 페리아스트론 통과가 δ 스코피우스의 원환성 디스크 구조에 측정 가능한 변화를 유도했는가?
• RQ2 2010년에서 2012년 사이에 디스크 팽창 속도는 얼마이며, 점성 또는 배출 디스크 모델과 일치하는가?
• RQ3 스펙트럼 프로파일에 변화가 없음에도 불구하고 2010년과 2012년에 서로 다른 비대칭적 형태를 보이는 디스크는 왜 발생하는가?
• RQ4 2012년에 관측된 지속적인 비대칭성의 기원은 무엇이며, 이중성 항성과의 타이드 상호작용과 어떤 관련이 있는가?
• RQ5 장기적으로 지속되는 비대칭성 존재에도 불구하고, 2011년 7월에서 2012년 6월 사이에 V/R 프로파일이 거의 일정하게 유지되는 이유는 무엇인가?

주요 결과

• 2010년 4월에서 2012년 6월 사이에 δ 스코피우스의 원환성 디스크는 평균 속도 0.20 ± 0.11 km s⁻¹로 팽창했으며, 2000–2007년 기간 동안의 이전 측정치와 일치한다.
• Brγ 선 복사 영역은 약 40% 증가했으며, 이는 2.3 ± 1.3 R⋆의 증가에 해당한다. 반면 He I 선은 측정 불확도 내에서 약 8% 증가에 그쳤다.
• 두 에포크 모두에서 디스크는 비대칭적이었지만, 서로 다른 형태를 보이며 페리아스트론 이후 구조적 변화가 있었음을 시사한다.
• 2012년 관측된 비대칭성은 이중성 항성의 타이드 교란으로 인한 것으로 보이며, 스펙트럼 데이터에서 주요 변화가 페리아스트론 근처에 발생한 것으로 나타났다.
• 비록 타이드 기원이 비대칭성의 기원이라면, 2011년 7월에서 2012년 6월 사이에 디스크 구조나 V/R 프로파일에 추가적인 진화나 진동이 관측되지 않아 비대칭성이 '고정'되어 있음을 시사한다.
• Brγ 선은 He I보다 대칭 모델에 더 나쁜 맞춤을 보였으며, 이는 Brγ가 형성되는 낮은 이온화도의 외부 디스크 영역에서 타이드 영향이 더 크기 때문일 수 있다.