[논문 리뷰] X-ray Study of the Intermediate-Mass Young Stars Herbig Ae/Be Stars

Kenji Hamaguchi, Shigeo Yamauchi외 1명|Kyoto University Research Information Repository (Kyoto University)|2004. 06. 22.

Astrophysics and Star Formation Studies인용 수 55

한 줄 요약

이 연구는 35개의 허비그 Ae/Be 항성에 대한 ASCA X선 데이터를 분석하여, X선 등장이 로그 L_X ~ 30–32 에르그 초⁻¹로 측정된 11개의 X선 대응체를 탐지하였다. 이는 저질량 주시퀀스 전진행성 항성보다 훨씬 높은 수준이다. X선 방출은 다중 온도 열플라즈마 모델( kT ~ 1–5 keV)으로 가장 잘 맞아떨어지며, 장수명의 붕괴 시간 상수(10–60 ksec)를 가지는 플레어를 보이며, 풍속에 의한 충격이 아닌 자기 활동을 나타내며, 초기 항성 진화 기간 동안 디스크-자기장 상호작용과 관련되어 있을 가능성이 높다.

ABSTRACT

We present the ASCA results of intermediate-mass pre-main-sequence stars (PMSs), or Herbig Ae/Be stars (HAeBes). Among the 35 ASCA pointed-sources, we detect 11 plausible X-ray counterparts. X-ray luminosities of the detected sources in the 0.5-10 keV band are in the range of log LX ~30-32 ergs s-1, which is systematically higher than those of low-mass PMSs. This fact suggests that the contribution of a possible low-mass companion is not large. Most of the bright sources show significant time variation, particularly, two HAeBes - MWC 297 and TY CrA - exhibit flare-like events with long decay timescales (e-folding time ~ 10-60 ksec). These flare shapes are similar to those of low-mass PMSs. The X-ray spectra are successfully reproduced by an absorbed one or two-temperature thin-thermal plasma model. The temperatures are in the range of kT ~1-5 keV, which are significantly higher than those of main-sequence OB stars (kT < 1 keV). These X-ray properties are not explained by wind driven shocks, but are more likely due to magnetic activity. On the other hand, the plasma temperature rises as absorption column density increases, or as HAeBes ascend to earlier phases. The X-ray luminosity reduces after stellar age of a few x10^6 years. X-ray activity may be related to stellar evolution. The age of the activity decay is apparently near the termination of jet or outflow activity. We thus hypothesize that magnetic activity originates from the interaction of the large scale magnetic fields coupled to the circumstellar disk. We also discuss differences in X-ray properties between HAeBes and main-sequence OB stars.

연구 동기 및 목표

• 중간질량 주시퀀스 전진행성 항성(허비그 Ae/Be 항성)에서 X선 방출의 기원을 조사하기 위해, 표준 메커니즘으로는 X선을 방출할 것으로 예상되지 않는 항성들을 대상으로 한다.
• 스펙트럼 및 시간적 특성에 기반하여 X선 방출이 자기 활동, 항성 풍속, 또는 저질량 연성자에 의해 발생하는지 판단한다.
• 주시퀀스 전진행성 단계 동안 X선 활동의 진화를 조사하고, 항성 분출 및 제트 활동과 연관시킨다.
• 주시퀀스 OB 항성과 저질량 주시퀀스 전진행성 항성의 X선 특성과 허비그 Ae/Be 항성의 특성을 비교한다.
• 주변행성 디스크가 큰 스케일 자기장 상호작용을 통해 자기 활동을 유도하는 역할을 평가한다.

제안 방법

• 테 등(1994) 및 반 덴 안커 등(1997, 1998)의 카탈로그에서 선별한 35개의 허비그 Ae/Be 항성에 대한 암시적 ASCA 관측 자료를 활용하였다.
• 흡수된 단일 또는 이중 온도의 박막 열플라즈마 모델을 사용하여 플라즈마 온도(kT), 방출 측정치(EM), 수소 열두께(N_H)를 특성화하였다.
• 시간 변화성 분석을 위해 광도 곡선를 분석하였으며, 특히 지수 감쇠 피팅을 통해 e-반감기 붕괴 시간 상수를 결정하기 위해 플레어 유사 사건에 중점을 두었다.
• 0.5–10 keV 대역에서 흡수 보정 X선 빛줄기(L_X)를 계산하고, 볼로메트릭 빛줄기(L_bol)와 비교하여 L_X / L_bol 비율을 평가하였다.
• 문헌에서 알려진 분출 및 제트 활동과 X선 활동을 상관관계 분석하였으며, 활성 항성 정의를 위해 로그 L_X 임계치 30 에르그 초⁻¹를 사용하였다.
• 특히 고열두께를 가진 소스의 경우 안정성을 향상시키기 위해 일부 피팅에서 N_H 값을 고정하였으며, SIS 및 GIS 검출기를 모두 사용하여 더 나은 스펙트럼 커버리지 확보를 하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 표면 대류가 없고 강력한 자외선 환경을 가진 항성들이며, X선 방출의 주요 메커니즘은 무엇인가?
• RQ2 허비그 Ae/Be 항성의 X선 빛줄기 및 스펙트럼 온도는 저질량 주시퀀스 전진행성 항성과 주시퀀스 OB 항성과 비교해 어떻게 다른가?
• RQ3 허비그 Ae/Be 항성에서 관측된 X선 플레어는 저질량 주시퀀스 전진행성 항성에서 관측된 것과 유사한 붕괴 시간 상수와 광도 곡선 형태를 가지는가?
• RQ4 허비그 Ae/Be 항성에서 X선 활동과 분출 또는 제트의 존재 사이에 상관관계가 있는가?
• RQ5 허비그 Ae/Be 항성에서 X선 활동은 특정 진화 단계 이후 감소하는가? 만약 그렇다면, 제트/분출 활동 종료와 관련이 있는가?

주요 결과

• 11개의 허비그 Ae/Be 항성이 X선 천체로 탐지되었으며, X선 빛줄기 범위는 로그 L_X ~ 30–32 에르그 초⁻¹로, 저질량 주시퀀스 전진행성 항성보다 훨씬 높았다.
• X선 스펙트럼은 온도 kT ~ 1–5 keV인 단일 또는 이중 온도 열플라즈마 모델로 가장 잘 맞아떨어졌으며, 주시퀀스 OB 항성에서 일반적인 kT < 1 keV보다 훨씬 더 뜨거웠다.
• MWC 297 및 TY CrA 두 항성에서 e-반감기 붕괴 시간 상수가 10–60 ksec인 플레어 유사 사건이 관측되어, 저질량 주시퀀스 전진행성 항성에서 관측된 플레어와 유사하였다.
• 항성 연령가 약 몇 ×10⁶년 이후 X선 빛줄기가 감소하였으며, 이는 제트 또는 분출 활동의 종료와 겹쳤다.
• 플라즈마 온도는 높은 흡수 열두께와 함께 증가하였으며, 이는 X선 방출과 진화 단계 또는 디스크 기하학적 형태와의 관련성을 시사하였다.
• 저자들은 X선 방출이 풍속 충격이나 저질량 연성자에 의해 발생하기보다는, 주변행성 디스크와 상호작용하는 큰 스케일 자기장에 의해 유도되는 자기 활동 때문일 가능성이 가장 높다고 결론 내렸다.