[논문 리뷰] X-ray variability of PMS stars - Toward an explanation of the different X-ray properties of CTTS and WTTS

E. Flaccomio, G. Micela외 1명|arXiv (Cornell University)|2012. 10. 25.

Astrophysics and Star Formation Studies인용 수 16

한 줄 요약

논문은 고전적 T 타우리 성운성(stars, CTTSs)에서 관측된 더 높은 X선 변동성과 더 낮고 산산이 흩어진 X선 복사원도를 설명하기 위해, 원반 비틀림과 응집 흐름과 같은 원성성 구조에 의한 시간에 따라 변하는 흡수를 제안한다. 이 메커니즘은 약 ~10일의 시간스케일에서 작용하며, CTTSs의 증가한 변동성과 명백한 X선 복사원도 감소를 설명한다. 이는 CTTSs의 코로나가 WTTSs의 것과 본질적으로 유사하다는 가정 하에 성립한다.

ABSTRACT

The intense X-ray emission from coronae and accretion shocks in young PMS stars is likely to play an important role in the evolution and dispersal of circumstellar disks. Several aspects of the physics of this X-ray emission remain mysterious, e.g., whether and how much accretion affects coronal emission. We studied the X-ray variability of ~1 Myr old low-mass PMS stars as a function of timescale, stellar rotation, and stellar characteristics, in order to gain insights on the working of PMS coronae, their X-ray emission, and the circumstellar environment in which they are immersed. We have exploited the ~850 ksec long Chandra observation of the Orion Nebula Cluster obtained by the COUP collaboration in Jan. 2003, and statistically analyzed the X-ray lightcurves of low-mass stars in several subsamples. In particular, we characterized the different X-ray behavior of stars with and without circumstellar accretion disks. Accreting stars (Classical T Tauri Stars, CTTSs) are found to be more variable than non accreting ones (Weak-lined T Tauri Stars, WTTSs) at all timescales and in all the X-ray energy bands considered. Variability is seen to increase with time-scale up to ~10 days, i.e. the longest probed. Signatures of rotational modulation are observed for both CTTSs and WTTSs, and most clearly for CTTSs in the soft X-ray band. Lower mass stars are more variable than higher mass ones. We propose that the difference in variability between CTTSs and WTTSs may be explained assuming that the X-ray emission of CTTS is affected by time-variable absorption due circumstellar structures, such as warps in the inner disk and/or accretion streams. This suggestion is appealing because, in the hypothesis that the coronae of CTTSs and WTTSs are similar, it may also explain why CTTSs have lower and more scattered X-ray emission levels with respect to WTTSs.

연구 동기 및 목표

• 예주계 성운성, 특히 고전적 T 타우리 성운성(CTTSs)과 약선성 T 타우리 성운성(WTTSs) 간의 X선 변동성 기원을 조사하기 위해.
• X선 복사원도의 변동성이 내재된 코로나 과정에 의해 유도되는지, 아니면 원성성 물질에 의한 변동하는 차폐에 의해 유도되는지 확인하기 위해.
• 별의 질량, 자전, 원성성 원반 구조가 X선 광도곡선을 어떻게 형성하는지 평가하기 위해.
• 원반 비틀림과 응집 흐름에 의한 변동하는 흡수가 CTTSs의 관측된 X선 특성을 설명하는가를 시험하기 위해.

제안 방법

• 오리온 성운군 집합체(COUP 조사)의 850 ksec Chandra 관측에서의 X선 광도곡선 통계 분석.
• 흡수 신호와 스펙트럼 분류를 기반으로 저질량 예주계 성운성을 CTTSs와 WTTSs로 분류.
• 다양한 X선 에너지 대역(예: 연한 500–1500 eV)에서 ~10일까지의 여러 시간스케일에서 변동성 진폭(VA) 계산.
• 변동성 진폭을 별의 질량, 볼로메트릭 복사원도, 자전 주기와 비교하여 추세를 규명하기 위해.
• 측정 불확도를 고려한 X선 복사원도-질량 및 X선 복사원도-볼로메트릭 복사원도 관계의 산란 평가.
• 회전 조절 및 연한 X선에서 장기적 변동성을 해석하기 위한 물리적 프레임워크로 AA Tau 유사 모델 사용.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 왜 고전적 T 타우리 성운성(CTTSs)은 모든 시간스케일과 에너지 대역에서 약선성 T 타우리 성운성(WTTSs)보다 더 높은 X선 변동성을 보이는가?
• RQ2 CTTSs에서 관측된 X선 변동성은 내재된 코로나 변동성 대신 원성성 구조에 의한 시간에 따라 변하는 투과도에 의해 설명될 수 있는가?
• RQ3 특히 연한 X선 대역에서 원반 비틀림과 응집 흐름이 CTTSs의 X선 복사원도 조절에 어떤 역할을 하는가?
• RQ4 왜 CTTSs는 유사한 코로나 온도를 가졌음에도 불구하고 WTTSs보다 더 낮고 산산이 흩어진 X선 복사원도를 보이는가?
• RQ5 장기적 변동성(약 ~10일까지)은 원성성 구조의 점진적 진화에서 기인하는가?

주요 결과

• CTTSs는 모든 시간스케일과 모든 X선 에너지 대역에서 WTTSs보다 유의미하게 높은 X선 변동성을 보이며, 변동성 진폭은 약 ~10일까지 증가한다.
• 회전 조절은 CTTSs에서 연한 X선 대역(500–1500 eV)에서 가장 명확하게 관측되며, 이는 코로나 복사원도의 주기적 차폐를 시사한다.
• 저질량 별은 고질량 별보다 더 높은 변동성 진폭을 보이며, 질량이 증가함에 따라 변동성이 감소하는 명백한 추세가 있다.
• CTTSs의 X선 복사원도-질량 관계에서의 산란(0.47 dex)은 WTTSs의 산란(0.34 dex)을 초과하며, 측정 불확도로는 충분히 설명되지 않는다.
• CTTSs의 관측된 X선 복사원도 산란은 질량, 복사원도 및 이중성 오염으로부터 추정된 0.43 dex의 불확도를 훨씬 초과하며, 이는 내재된 변동성을 시사한다.
• CTTSs의 장기적 변동성과 회전 조절은 원반 비틀림과 응집 흐름과 같은 변화하는 원성성 구조에 의한 시간에 따라 변하는 투과도에 의해 가장 잘 설명된다.