[論文レビュー] A study of the photometric and spectroscopic variations of the prototypical FU Orionis-type star V1057 Cyg

Zsófia Marianna Szabó, Á. Kóspál+20 more|arXiv (Cornell University)|May 21, 2021

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 115被引用数 27

ひとこと要約

本研究では、代表的FU・オリオン座星V1057 Cygに対する10年間にわたる光度およびスペクトロスコピックモニタリング共同調査を実施し、持続的な準周期的明るさの変動と複雑なスペクトル線の挙動を明らかにした。著者らは、[S II]、[N II]、[O III]の発光線の初検出を報告するとともに、時間的に変化する風、シェル、および禁制線の特徴を明らかにし、FUorsにおける降着および噴出のダイナミクスに関する新たな知見を提供した。

ABSTRACT

Among the low-mass pre-main sequence stars, a small group called FU Orionis-type objects (FUors) are notable for undergoing powerful accretion outbursts. V1057 Cyg, a classical example of an FUor, went into outburst around 1969-1970, after which it faded rapidly, making it the fastest fading FUor known. Around 1995, a more rapid increase in fading occurred. Since that time, strong photometric modulations have been present. We present nearly 10 years of source monitoring at Piszk\'estet\H{o} Observatory, complemented with optical/near-infrared photometry and spectroscopy from the Nordic Optical Telescope, Bohyunsan Optical Astronomy Observatory, Transiting Exoplanet Survey Satellite, and the Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy. Our light curves show continuation of significant quasi-periodic variability in brightness over the past decade. Our spectroscopic observations show strong wind features, shell features, and forbidden emission lines. All of these spectral lines vary with time. We also report the first detection of [S II], [N II], and [O III] lines in the star.

研究の動機と目的

• 知られている中で最も急速に減光するFU・オリオン座星であるV1057 Cygの長期的光度変動を特徴づけること。
• 風、シェル、禁制線を含むスペクトル的特徴の時間依存的挙動を調査すること。
• 光学および赤外線スペクトルにおける[S II]、[N II]、[O III]の新規発光線を特定・分析すること。
• 光学、近赤外線、光度バンドをカバーする多波長モニタリングを通じて、FUorsにおける降着および噴出プロセスを制約すること。
• FUorsの活動的爆発とその数十年にわたる進化を駆動する物理的メカニズムを理解を深めること。

提案手法

• ピシュケシュテトウ観測所で実施した10年近くにわたる光学的光度モニタリングに加え、Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) や地上観測所からの多色光度データを補足した。
• 北欧望遠鏡、ボフンサン光学天文学観測所、および赤外線用平流圏望遠鏡（Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy; SOFIA）を用いて、高分解能の光学および近赤外線スペクトロスコピー観測を実施した。
• 光度曲線を分析し、準周期的明るさの変動を検出し、その特徴を正弦波および指数的減衰モデルにフィットさせた。
• スペクトル内の時間的に変化する発光および吸収特徴（P Cygniプロファイル、シェル成分、禁制線など）を特定・測定した。
• 原子線データベースを用いてスペクトル特徴を割り当て、励起状態を特定した。特に[S II]、[N II]、[O III]線の検出を含んだ。
• 標準的なスペクトロスコピックデータ還元手法を適用し、標準星を用いたフレックス補正および大気吸収補正を実施した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 過去10年間におけるV1057 Cygの準周期的光度変動の性質と周期は何か？
• RQ2 V1057 Cygにおけるスペクトル的特徴、特に風、シェル、禁制線が時間経過とともにどのように変化するか？
• RQ3 V1057 Cygのスペクトルにおける[S II]、[N II]、[O III]発光線の初検出の意義は何か？
• RQ4 観測された光度およびスペクトル的変動は、この代表的FU・オリオン座星における降着および噴出プロセスとどのように関係しているか？
• RQ5 スペクトル線の時間的変動は、周囲星間環境の幾何学的構造および力学的ダイナミクスをどのように明らかにするか？

主な発見

• 光度曲線は、過去10年間にわたり顕著な準周期的明るさの変動を示しており、降着円盤または周囲環境における継続的な不安定性を示している。
• スペクトル観測では、強く時間的に変化する風特徴、シェル成分、禁制発光線が確認され、複雑な噴出および円盤構造を示している。
• 本研究では、V1057 Cygにおいて[S II] λ671.6、[S II] λ673.1、[N II] λ654.8、[N II] λ658.3、[O III] λ500.7線の初検出を報告した。特に[O III]線は光学スペクトルにおいて顕著である。
• 500.7 nmの[O III]線が光学スペクトルで検出され、周囲環境に高イオン化種が存在することを確認した。
• Hα線は強い発光成分とブルーシフトされた吸収成分を示すP Cygniプロファイルを示しており、高エネルギーの高速噴出が継続していることを示している。
• Li I 670.8 nm線は強く時間的に変化する吸収を示しており、継続的な降着および冷却されたほこりを含むエンVELOPPEまたは円盤の存在に一致している。