[論文レビュー] Cyclic Variability of the Circumstellar Disc of the Be Star $\zeta$ Tau. II. Testing the 2D Global Disc Oscillation Model

A. C. Carciofi, Atsuo T. Okazaki+6 more|arXiv (Cornell University)|Jan 8, 2009

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 33被引用数 69

ひとこと要約

本研究では、Be星ζ Tauriの自己一貫的3次元NLTE放射移動モデルを提示し、偏光、光度測定、分光的光度測定、およびVLTI/AMBER干渉測定データを用いて、グローバルディスク振動モデルの検証を実施した。結果として、粘性降着ディスクモデルがディスク形成のメカニズムとして妥当であることが確認され、空間的に分解された干渉測定データに対する初めての定量的フィットが得られ、V/R変動が約1430日周期で進化する1つの腕を持つらせん密度波に起因することを示した。

ABSTRACT

Aims. In this paper we model, in a self-consistent way, polarimetric, photometric, spectrophotometric and interferometric observations of the classical Be star $\zeta$ Tauri. Our primary goal is to conduct a critical quantitative test of the global oscillation scenario. Methods. We have carried out detailed three-dimensional, NLTE radiative transfer calculations using the radiative transfer code HDUST. For the input for the code we have used the most up-to-date research on Be stars to include a physically realistic description for the central star and the circumstellar disc. We adopt a rotationally deformed, gravity darkened central star, surrounded by a disc whose unperturbed state is given by a steady-state viscous decretion disc model. We further assume that disc is in vertical hydrostatic equilibrium. Results. By adopting a viscous decretion disc model for $\zeta$ Tauri and a rigorous solution of the radiative transfer, we have obtained a very good fit of the time-average properties of the disc. This provides strong theoretical evidence that the viscous decretion disc model is the mechanism responsible for disc formation. With the global oscillation model we have successfully fitted spatially resolved VLTI/AMBER observations and the temporal V/R variations of the H$\alpha$ and Br$\gamma$ lines. This result convincingly demonstrates that the oscillation pattern in the disc is a one-armed spiral. Possible model shortcomings, as well as suggestions for future improvements, are also discussed.

研究の動機と目的

• 多波長・多技術的観測を用いて、Be星ζ Tauriのグローバルディスク振動モデルに対する定量的・批判的な検証を実施すること。
• 粘性降着ディスクモデルが、周囲ディスクの時間平均的および時間変動的性質を正確に再現できるかどうかを特定すること。
• 特にV/R変動の性質と干渉測定によって明らかにされた空間的構造を含めた、ディスクの幾何学的および動力学的性質を評価すること。
• 干渉測定および分光的データを含む多様な観測的制約を同時にフィットさせることで、モデルパラメータの曖昧さを解消すること。

提案手法

• 非局所熱力学平衡状態における放射移動、放射平衡、統計平衡問題を同時に解くために、3次元NLTE放射移動コードHDUSTを採用した。
• 赤外線放射場の緯度依存性とKuruczモデル大気を備えた回転歪み・重力減光効果を考慮した中心星モデルを用いた。
• 安定状態の粘性降着ディスクとして、垂直方向の流体的平衡とケプラー回転を満たす、非摂動的ディスクをモデル化した。
• Okazaki (1991)およびPapaloizou et al. (1992)のモデルに基づき、グローバルなm = 1の1本腕らせん振動モードをディスク上に重ね合わせた。
• 時間平均的光度測定、分光的光度測定、偏光、空間的に分解されたVLTI/AMBER干渉測定データを同時にフィットした。
• 3次元ディスク幾何学的構造における放射エミッションおよび散乱を再現するため、モンテカルロ光子追跡法を用い、極方向への放射損失および局所的遮蔽効果を考慮した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 粘性降着ディスクモデルは、ζ Tauriの周囲ディスクの時間平均的全体的性質を正確に再現できるか？
• RQ2 1本腕らせん密度波を伴うグローバルディスク振動モデルは、観測されたHαおよびBrγ線のV/Rサイクルを定量的に再現できるか？
• RQ3 VLTI/AMBER干渉測定データは、外側ディスクの幾何学的構造をどの程度制約できるか？
• RQ4 なぜモデルはBr15線のV/Rサイクルを再現できず、内側ディスクで観測されない偏光変動を予測してしまうのか？
• RQ5 3次元的垂直振動効果は、ディスク内でのm = 1モードの閉じ込め方および振幅にどのように影響を与えるか？

主な発見

• 時間平均的ディスク性質に対するモデルのフィットは極めて良好であり、粘性降着ディスク機構がζ Tauriにおけるディスク形成の原因であるという強力な理論的証拠が得られた。
• VLTI/AMBER干渉測定データとHαおよびBrγ線のV/Rサイクルを同時にフィットした結果、密度波が1本腕らせんであることが確認され、その進化周期は約1430日であると判明した。
• ディスクの傾き角は95°と特定され、南側のディスク面が地球に向いていることが確認され、非空間的分解能を持つ偏光測定からの曖昧さが解消された。
• 干渉測定データによる証拠から、外側ディスクの一般的構造はモデルでうまく再現されたが、Br15線のV/Rサイクルは一致せず、内側ディスクで観測されない偏光変動が予測された。
• 内側ディスクにおける不一致は、グローバル振動モデルが内側領域の幾何学的・動力学的性質を正確に再現できていない可能性を示唆しており、非等温効果や噴煙駆動の摂動が関係している可能性がある。
• 本研究では、Ogilvie (2008)が提示した3次元的垂直構造が、外側ディスクにおけるモード振幅に影響を与えることが示唆された。これは、今後の論文シリーズにおけるさらなる分析を促すものである。