[논문 리뷰] CSI 2264: Simultaneous optical and X-ray variability in pre-Main Sequence stars. I: Time resolved X-ray spectral analysis during optical dips and accretion bursts in stars with disks

M. G. Guarcello, E. Flaccomio외 7명|arXiv (Cornell University)|2017. 01. 17.

Astrophysics and Star Formation Studies참고 문헌 85인용 수 9

한 줄 요약

이 연구는 CoRoT와 Chandra/ACIS-I 자료를 이용해 원반을 가진 주진행선 이전 항성에서 동시적인 광학 및 X선 변동성을 분석하여, 광학적 강하가-dust이 없는 유입 흐름으로 인한 X선 투과도 증가와 관련이 있음을 밝혀내고, 광학적 폭발은 불안정한 유입과 관련된 연한 X선 방출과 관련이 있음을 확인한다. 결과적으로, 변동하는 음영과 유입 과정이 젊은 항성계에서 다파장 변동성의 핵심 요인임을 확인한다.

ABSTRACT

Pre-main sequence stars are variable sources. In stars with disks, this variability is related to the morphology of the inner circumstellar region (<0.1 AU) and that of the photosphere and corona, all impossible to be spatially resolved with present day techniques. This has been the main motivation for the Coordinated Synoptic Investigation of NGC 2264. In this paper, we focus on the stars with disks. We analyze the X-ray spectral properties extracted during optical bursts and dips in order to unveil the nature of these phenomena. We analyze simultaneous CoRoT and Chandra/ACIS-I observations to search for coherent optical and X-ray flux variability in stars with disks. Then, stars are analyzed in two different samples. In stars with variable extinction, we look for a simultaneous increase of optical extinction and X-ray absorption during the optical dips; in stars with accretion bursts, we search for soft X-ray emission and increasing X-ray absorption during the bursts. Results. We find evidence for coherent optical and X-ray flux variability among the stars with variable extinction. In 9/24 stars with optical dips, we observe a simultaneous increase of X-ray absorption and optical extinction. In seven dips, it is possible to calculate the NH/AV ratio in order to infer the composition of the obscuring material. In 5/20 stars with optical accretion bursts, we observe increasing soft X-ray emission during the bursts that we associate to the emission of accreting gas. It is not surprising that these properties are not observed in all the stars with dips and bursts, since favorable geometric configurations are required. The observed variable absorption during the dips is mainly due to dust-free material in accretion streams. In stars with accretion bursts, we observe on average a larger soft X-ray spectral component not observed in non accreting stars.

연구 동기 및 목표

• 다중파장 자료를 이용해 원반을 가진 주진행선 이전 항성의 광학적 변동성의 물리적 기원을 조사한다.
• 광학적 강하와 폭발이 X선 투과도 또는 방출 특성의 변화와 관련이 있는지 확인한다.
• 강하 기간 동안 음영을 일으키는 물질의 성격과 폭발 기간 동안 연한 X선 방출의 기원을 밝힌다.
• X선 스펙트럼 변동성을 광학 밝기 곡선과 연결하여 유입 기하학과 역학을 제약한다.
• 시간 해상도를 가진 X선 스펙트럼 분석을 통해 안정적이고 불안정한 유입 제도를 구분한다.

제안 방법

• 원반을 가진 항성에서 CoRoT의 동시 광학 밝기 곡선과 Chandra/ACIS-I의 X선 밝기 곡선을 이용해 일관된 변동성을 식별한다.
• Xspec 소프트웨어를 사용해 광학 강하 및 폭발 기간 동안 시간 해상도를 가진 X선 스펙트럼 분석을 수행하여 스펙트럼 매개변수를 추출한다.
• 강하 기간 동안 열역학 상수(N_H)와 광학 음영(A_V)을 측정하여 N_H/A_V 비율을 계산하고 음영 물질의 먼지 함량을 추론한다.
• 광학 폭발 기간 동안 연한 X선 스펙트럼 성분(kT < 1 keV)을 식별하고, 침묵 상태와의 비례에 따라 방출 측정치를 평가한다.
• 연한 X선 온도와 비교하여 전충격 속도와 자유낙하 반경을 추정하고, 이를 공전 반경과 비교하여 유입 제도를 구분한다.
• 빛기 곡선 형태(강하, 폭발, 주기성)에 따라 항성을 분류하고 X선 스펙트럼 행동과 연관시킨다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 원반을 가진 주진행선 이전 항성에서 광학 강하 기간 동안 X선 투과도와 광학 음영이 동시에 증가하는가?
• RQ2 광학 유입 폭발과 함께 연한 X선 방출이 증가하는가? 이는 유입 과정에 대해 무엇을 시사하는가?
• RQ3 N_H/A_V 비율을 통해 유추된 강하 기간 동안 음영을 일으키는 물질의 조성(먼지 함량)은 무엇인가?
• RQ4 폭발 기간 동안 관측된 X선 스펙트럼 변화는 안정적인, 자전 모듈레이션 유입이 아닌 불안정한 유입 흐름과 일치하는가?
• RQ5 유도된 전충격 속도와 자유낙하 반경은 공전 반경과 어떻게 비교되며, 이는 유입 기하학에 대해 무엇을 시사하는가?

주요 결과

• 24개 항성 중 9개에서 광학 강하 기간 동안 X선 투과도와 광학 음영이 동시에 증가하는 것이 관측되어, 강하는 변동하는 음영에 의해 발생함을 시사한다.
• 이 강하 기간 중 7개에서 N_H/A_V 비율을 계산하였으며, 5/20에서는 먼지가 없는 물질과 일치하는 값이 관측되어, 강하 기간의 음영 물질이 주로 먼지가 없는 기체로 구성되어 있음을 시사한다.
• 20개 항성 중 5개에서 광학 유입 폭발 기간 동안 유의미한 연한 X선 방출(kT < 1 keV) 증가가 관측되어, 뜨거운 유입 점에서의 증가 방출을 시사한다.
• 연한 X선 온도(kT_soft)는 0.06 keV에서 0.66 keV 사이였으며, 전충격 속도는 350 km/s에서 744 km/s 사이였고, 이는 불안정한 유입 흐름과 일치한다.
• Mon-370과 Mon-808에서 전충격 속도는 약 350–360 km/s였고, 자유낙하 반경은 10 R_star 이하였으며, 이는 폭발이 안정적인 공전 제한 유입 흐름이 아닌 불안정한 유입에 기인함을 시사한다.
• 유도된 자유낙하 반경은 일반적인 공전 반경(5–10 R_star)보다 작았으며, 이는 짧은 수명의 폭발이 일시적이고 불안정한 유입 사건에 기인함을 지지한다.