[논문 리뷰] Unveiling the structure and kinematics of B[e] stars' disks from FEROS and CRIRES spectra

M. F. Muratore, W. J. de Wit외 6명|arXiv (Cornell University)|2012. 12. 19.

Astrophysics and Star Formation Studies인용 수 3

한 줄 요약

이 연구는 B[e] 항성 주위의 원형성원반의 운동학 및 구조를 조사하기 위해 고해상도 FEROS(광학) 및 CRIRES(근적외선) 스펙트로스코피를 사용한다. 대부분의 항성에서 금지선 [O i] 및 [Ca ii]는 케플러 운동을 시사하지만, CO 밴드헤드는 고속의 물질 분출 또는 회전을 시사하며, 이는 광학선과 유사한 투영 속도를 보이며, 원형성원반의 구조에 대한 기존 가정을 도전한다. 이는 선 형성 조건에 대한 향후 모델링을 요구한다.

ABSTRACT

We are investigating the circumstellar material for a sample of B[e] stars using high spectral resolution data taken in the optical and near-infrared regions with ESO/FEROS and ESO/CRIRES spectrographs, respectively. B[e] stars are surrounded by dense disks of still unknown origin. While optical emission lines from [O I] and [Ca II] reflect the disk conditions close to the star (few stellar radii), the near-infrared data, especially the CO band emission, mirror the characteristics in the molecular part of the disk farther away from the star (several AU). Based on our high resolution spectroscopic data, we seek to derive the density and temperature structure of the disks, as well as their kinematics. This will allow us to obtain a better understanding of their structure, formation history and evolution. Here we present our preliminary results.

연구 동기 및 목표

• 고해상도 스펙트로스코피를 이용해 B[e] 항성 주위 원형성원반의 운동학 및 물리적 구조를 규명하는 것.
• 금지선(광학선)과 분자 CO 밴드를 분석하여 원형성원반 내에서의 회전과 분출에 의한 운동을 구분하는 것.
• 선 빛의 세기와 프로파일을 모델링하여 원형성원반의 밀도 및 온도 구조를 제약하는 것.
• 내부 밀도 높은 원형성원반에서 외부 분자 영역에 이르기까지 다양한 영역의 복사 특성을 비교함으로써 B[e] 항성 원형성원반의 형성 및 진화를 이해하는 것.

제안 방법

• ESO 2.2m 망원경에서 FEROS를 사용해 고해상도 광학 스펙트럼(R ~ 48,000)을 확보하였으며, 3600–9200 Å 범위를 커버한다.
• VLT에서 CRIRES를 사용해 고해상도 근적외선 스펙트럼(R ~ 50,000)을 확보하였으며, 2.276–2.326 μm 범위를 커버한다.
• 광학 및 적외선 데이터 세트 모두에 대해 대기 및 태양계 중심 속도 보정을 적용하였다.
• CO 밴드헤드 프로파일을 피팅하고 투영선속도를 유도하기 위해 Kraus 등(2000)의 모델을 사용하였다.
• [O i] 6300 Å 및 [Ca ii] 7291/7324 Å의 이중피크 선형형을 분석하여 운동학적 넓이의 기원을 추론하였다.
• 금지선과 CO 밴드헤드의 피크 간격을 비교하여 내부 및 외부 원형성원반의 운동학 간 일관성을 평가하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 B[e] 항성의 금지선 광학 방출선 넓이를 유도하는 주요 운동학적 메커니즘(회전 대비 분출)은 무엇인가?
• RQ2 내부 원형성원반(금지선 [O i], [Ca ii]로 추적)의 운동학은 외부 분자 원형성원반(고리형 CO 밴드헤드로 추적)의 운동학과 어떻게 비교되는가?
• RQ3 선 빛의 세기와 프로파일을 통해 유추된 원형성원반의 온도 및 밀도 분포는 어떻게 되는가?
• RQ4 CO는 더 큰 반경에서 형성되는데도 불구하고, CO 밴드헤드 속도가 광학 금지선 속도와 유사하거나 더 높은 이유는 무엇인가?

주요 결과

• [Ca ii] 7291 및 7324 Å 선은 피크 간격이 30–94 km s⁻¹로 나타나, 회전 또는 분출에 기인한 상당한 운동학적 넓이를 시사한다.
• CPD-52 9243의 경우, [Ca ii] 및 [O i] 선형형은 등방성 분출 시나리오를 지지하지만, 다른 항성들은 케플러 운동에 더 부합하는 운동학을 보인다.
• 근적외선 영역의 CO 밴드헤드 방출선은 최대 150 km s⁻¹의 투영선속도(v_los)를 보이며, 광학선의 넓이와 유사하다.
• CO 밴드헤드 프로파일은 회전 또는 분출을 가정한 모델에 의해 가장 잘 맞추어지며, 이는 분자 고리가 기체 원형성원반보다 더 큰 반경에 위치해 있음을 시사한다.
• 광학선과 적외선선의 속도 척도가 유사한 것은 놀라운데, CO는 항성으로부터 더 멀리 떨어져 형성되므로, 이는 이중 분출 구조 또는 시기 차이로 인한 관측 오차 가능성을 시사한다.
• [Ca ii] 선은 [O i] 선보다 더 높은 밀도와 항성에 더 가까운 곳에서 형성될 가능성이 있으며, Aret 등(2012)의 주장에 따르면 이는 층상 원형성원반의 존재를 지지한다.