[論文レビュー] An interferometric view of hot star disks

D. M. Faes|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2015

Stellar, planetary, and galactic studies被引用数 1

ひとこと要約

本学位論文は、熱い星の磁気圏およびBe星の円盤を、長基線光学干渉計法と放射線輸送モデリング（hdustコードを用いて）を組み合わせた多波長干渉計および偏光研究により検討する。本研究では、連続スペクトル線形偏光において熱い星の磁気圏の初の明確な検出を報告し、Be星においては新しいCQE-PS干渉計的特徴を同定した。これにより、これらの複雑な周囲星間環境の物理的特徴づけが前進した。

ABSTRACT

Optical long baseline interferometry was recently established as a technique capable of resolving stars and their circumstellar environments at the milliarcsecond (mas) resolution level. This high-resolution opens an entire new window to the study of astrophysical systems, providing information inaccessible by other techniques. Astrophysical disks are observed in a wide variety of systems, from galaxies up to planetary rings, commonly sharing similar physical processes. Two particular disk like systems are studied in the thesis: (i) B He-rich stars that exhibits magnetic fields in order of kG and that trap their winds in structures called magnetospheres; and (ii) Be stars, fast rotating stars that create circumstellar viscous disks. This study uses the interferometric technique to investigate both the photosphere proper and the circumstellar environment of these stars. The objective is to combine interferometry with other observational techniques (such as spectroscopy and polarimetry) to perform a complete and well-constrained physical description of these systems. This description is accompanied by radiative transfer models performed by the HDUST code. Keywords: stars: individual (Achernar), stars: fundamental parameters, techniques: interferometric, circumstellar matter, stars: emission-line, Be, stars: magnetic field

研究の動機と目的

• 干渉計法および偏光法を用いて、熱い磁気的B型星の周囲磁気圏の物理的構造を調査すること。
• 高分解能干渉計観測を用いて、Be星の周囲星間円盤の幾何学的形状と質量分布を特徴づけること。
• 干渉計法、分光法、偏光法のデータを放射線輸送モデリング（hdust）と統合し、これらの系の包括的な物理的記述を行うこと。
• CQE-PSのような新しい干渉計的特徴を検出し、解析することで、Be星の円盤の運動学および構造の理解を向上させること。
• 多技術観測を用いて、特に剛体回転磁気圏（RRM）モデルの理論的モデルを検証・精錬すること。

提案手法

• VLTI/AMBER装置を用いた光学的長基線干渉計法により、ミリアーセコンド級の空間分解能を達成した。
• Pico dos Dias観測所（OPD/LNA）でσ Ori Eの偏光モニタリングを実施し、磁気圏からの連続スペクトル線形偏光の検出を試みた。
• 観測された干渉計および偏光データをモデリングするため、hdust放射線輸送コードを適用し、ほこりおよびガス成分を組み込んだ。
• 偏光データを解釈するため、「ダムボール＋円盤」単一散乱モデルを開発・検証した。このモデルでは、磁気的赤道および回転赤道に2つの塊状構造を仮定した。
• 微小位相差測定を用いて、Be星の円盤で新たな干渉計的特徴、CQE-PS（中央準発光位相特徴）を同定した。
• 分光的アストロメトリと非局所平衡放射線輸送モデリングを組み合わせ、特定の標的の円盤幾何学的形状および運動学的特性を検証した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 干渉計法および偏光法観測は、ミリアーセコンド分解能で熱い磁気的B型星の周囲磁気圏の構造を解像可能か？
• RQ2 偏光法および干渉計法データによって制約されるヘリウム豊富なB型星の磁気圏の物理的幾何学的形状と質量分布は何か？
• RQ3 Be星の円盤で観測されたCQE-PS特徴は、その周囲星間円盤の運動学および密度構造とどのように関係しているか？
• RQ4 観測された偏光モodulationおよび干渉計位相差は、剛体回転磁気圏（RRM）モデルを支持するか、あるいは反証するか？
• RQ5 干渉計法、分光法、偏光法の多技術的データを放射線輸送モデリングと組み合わせることで、Be星の円盤および磁気圏の自己一貫性のある物理的記述が可能か？

主な発見

• σ Ori Eに対して、連続スペクトル線形偏光における熱い星の磁気圏の初の明確な検出が達成された。偏光モodulation深度は約0.5%であった。
• σ Ori Eの偏光モデリングは、「ダムボール＋円盤」構成を支持しており、RRMモデルが予測するよりも低い塊体から円盤への質量比を示した。
• HR 7355およびHR 5907に対しても磁気圏の偏光検出が確認され、類似したモodulation振幅および質量分布を示した。
• HR 5907の磁気圏の干渉計検出では、AMBER-VLTI/ESOを用いて約3度の微小位相差振幅が得られた。
• CQE-PS干渉計特徴は、Be星の周囲星間円盤の運動学および構造を調べる有効なツールであることが同定された。
• 本研究は、干渉計法、偏光法、放射線輸送モデリング（hdust）を組み合わせることで、熱い星の周囲星間環境の幾何学的形状および物理的条件を制約する強力な手法であることを示した。