[논문 리뷰] The magnetic Bp star 36 Lyncis, II. A spectroscopic analysis of its co-rotating disk

M. A. Smith, G. A. Wade외 2명|NPARC|2006. 08. 06.

Astrophysics and Star Formation Studies참고 문헌 19인용 수 8

한 줄 요약

이 연구는 고해상도 우레탄 및 가시광선 스펙트럼을 이용하여 자기장 Bp 항성 36 Lyncis의 공전하는 디스크에 대한 스펙트로스코픽 분석을 수행한다. 이는 두 가지 성분으로 구성된 디스크를 드러내는데, 하나는 7,500 ± 500 K의 낮은 온도이고 밀도가 높은 성분이며, 열화학적 밀도는 3–1.5+3 × 10²⁰ cm⁻²이다. 다른 하나는 더 뜨겁고 반투명한 성분으로, 최대 10 R∗까지 연장되며, 내부 디스크 가장자리가 항성에서 약 1/3의 반경만큼 떨어져 있으며, 비대칭적인 높이 프로파일은 한 쪽 섹터가 다른 쪽보다 네 배 두껍다는 것을 나타낸다.

ABSTRACT

We report on the physical properties of the disk-like structure of B8 IIIp star 36 Lyncis from line syntheses of phase-resolved, high resolution spectra obtained from the IUE archives and from newly obtained ground-based H$α$ spectra. This disk is highly inclined to the rotational axis and betrays its existence every half rotation cycle as one of two opposing sectors pass in front of the star. Although the disk absorption spectrum is at least ten times too weak to be visible in optical iron lines during these occultations, its properties can be readily examined in a large number of UV "iron curtain" lines because of their higher opacities. The analysis of the variations of the UV resonance lines brings out some interesting details about the radiative properties of the disks: (1) they are optically thick in the C IV and Si IV doublets, (2) the range of excitation of the UV resonance lines is larger at the primary occultation ($ϕ$ = 0.00) than at the secondary one, and (3) the {\bf relative strengths of the absorption peaks} for the two occultations varies substantially from line to line. We have modeled the absorptions of the UV C IV resonance and H$α$ absorptions by means of a simulated disk with opaque and translucent components. Our simulations suggest that a gap separates the star and the inner edge of the disk. The disk extends radially out to $\geq$10 R$_{*}$. The disk scale height perpendicular to the plane is $\approx$1R$_{*}$. However, the sector causing the primary occultation is about four times thicker than the opposite sector. The C IV scattering region extends to a larger height than the H$α$ region does, probably because it results from shock heating far from the cooler disk plane.

연구 동기 및 목표

• 단계별 스펙트럼 측정을 통해 자기장 Bp 항성 36 Lyncis의 공전하는 디스크의 물리적 성질을 규명하는 것.
• 우레탄 및 Hα 흡수 프로파일의 선 합성 분석을 통해 디스크 성분의 온도, 열화학적 밀도, 기하학적 형태를 조사하는 것.
• 다양한 스펙트럼선에서의 음영 깊이 및 이온화 상태의 비대칭성을 분석하여 디스크 구조 모델 간의 모순을 해결하는 것.
• 주요 공명선에서 디스크가 투명한지 두꺼운지 확인하고, 이로 인한 디스크 투과도 및 기하학적 형태에 대한 영향을 평가하는 것.

제안 방법

• IUE 아카이브에서 확보한 고해상도 우레탄 스펙트럼과 새로 확보한 지상 기반의 가시광선 Hα 스펙트럼을 이용한 선 합성.
• 우레탄 공명선(C IV, Si IV, N V)과 철 계열 선(Fe II, Fe III)의 모델링을 통해 디스크 성분의 온도 및 열화학적 밀도를 유도하는 것.
• 투명하고 반투명한 성분을 가진 시뮬레이션된 디스크를 사용하여 음영 프로파일의 기하학적 모델링을 통해 반경 및 수직 범위를 추론하는 것.
• 주요 및 보조 음영에서 등가 폭 최대값을 비교하여 디스크 두께 및 커버리지의 차이를 추론하는 것.
• 공명선의 변화를 이용하여 디스크 전역의 이온화 구조 및 온도 기울기를 추론하는 것.
• 유체역학 모델(uO02, TO05 등)의 적용을 통해 관측된 비대칭성을 해석하고 내부 디스크 가장자리가 분리되어 있음을 뒷받침하는 것.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 Fe II 및 Fe III 선의 변화를 통해 유도된 36 Lyncis의 냉각 디스크 성분의 온도와 열화학적 밀도는 무엇인가요?
• RQ2 주요 및 보조 음영 간에 우레탄 공명선(C IV, Si IV)의 투과도와 기하학적 형태는 어떻게 비교되나요?
• RQ3 디스크의 반경 및 수직 범위는 무엇이며, 항성과 내부 디스크 가장자리 사이에 갭이 존재하는가에 대한 증거는 무엇인가요?
• RQ4 왜 C IV 및 N V와 같은 고에너지 이온에서 두 반대 방향의 디스크 섹터가 서로 다른 흡수 깊이와 온도 범위를 보이나요?
• RQ5 Hα 흡수 프로파일은 반경 범위와 수직 높이에서 우레탄 공명선과 어떻게 비교되며, 이는 디스크의 3차원 기하학적 구조에 어떤 함의를 갖나요?

주요 결과

• 냉각 디스크 성분의 온도는 주요 음영 기간 동안 Fe II 및 Fe III 선의 변화를 통해 7,500 ± 500 K로 결정되었다.
• 냉각 디스크의 열화학적 밀도는 3–1.5+3 × 10²⁰ cm⁻²이며, C IV 및 Si IV와 같은 우레탄 공명선에서 투명한 것으로 나타났다.
• 주요 음영을 일으키는 디스크 섹터(φ = 0.00)는 반대편 섹터보다 높이가 네 배 두껍다. 이는 유사한 반경 범위를 가짐에도 불구하고 더 강한 흡수를 유도한다.
• Hα 및 우레탄 모델링에 기반하여 디스크의 내부 가장자리는 항성에서 약 1/3의 항성 반경(r₀) 떨어져 있으며, 분리되어 있음을 확인하였다.
• 우레탄 공명선(C IV, Si IV)은 Hα 흡수 영역보다 약 3배 높이가 더 높게 연장되며, 더 냉각된 디스크 평면 위에 반투명하고 확장된 산산이 흩어지는 성분이 있음을 나타낸다.
• 흡수 피크의 상대 강도는 선 간에 크게 달라지며, 이는 두 디스크 섹터가 서로 다른 이온화 및 온도 구조를 지닌다는 것을 나타내며, 주요 음영 섹터는 더 제한된 온도 범위를 보인다.