[论文解读] Investigating the magnetospheric accretion process in the young pre-transitional disk system DoAr 44 (V2062~Oph). A multiwavelength interferometric, spectropolarimetric, and photometric observing campaign

J. Bouvier, E. Alécian+14 more|LA Referencia (Red Federada de Repositorios Institucionales de Publicaciones Científicas)|Oct 2, 2020

Astrophysics and Star Formation Studies被引用 4

一句话总结

本研究利用多波段干涉测量、光谱偏振测量和光度测量，调查了前过渡T型金牛座变星DoAr 44中的磁层吸积过程。研究发现，存在一个稳定的偶极磁场（最高达2 ± 0.8 kG），在约4.6 R⋆（0.043 au）处截断内盘，驱动稳定吸积，并在存在复杂盘结构（25–30 au间隙及倾角不一致的组分）的情况下仍产生瞬时喷流。

ABSTRACT

Young stars interact with their accretion disk through their strong magnetosphere. We investigate the magnetospheric accretion process in the young stellar system DoAr 44. We monitored the system over several rotational cycles, combining high-resolution optical and near-IR spectropolarimetry with long-baseline near-IR interferometry and multicolor photometry. DoAr 44 is a young 1.2 solar mass star, moderately accreting from its disk, and seen at a low inclination. We derive a rotational period of 2.96 d from the system's light curve. Several optical and near-IR line profiles probing the accretion funnel flows and the accretion shock are modulated at the stellar rotation period. The most variable line profile, HeI 1083 nm, exhibits modulated redshifted wings a signature of accretion funnel flows, as well as deep blueshifted absorptions indicative of transient outflows. The Zeeman-Doppler analysis suggests the star hosts a mainly dipolar magnetic field, inclined by about 20 deg. onto the spin axis, with an intensity reaching about 800 G at the photosphere, and up to 2 +/- 0.8 kG close to the accretion shock. The magnetic field appears strong enough to disrupt the inner disk close to the corotation radius, at a distance of about 4.6 stellar radii (0.043 au). This supports the upper limit of 5 stellar radii (0.047 au) we derived for the size of the magnetosphere from long baseline interferometry. DoAr 44 is a pre-transitional disk system, exhibiting a 25-30 au gap in its circumstellar disk, with the inner and outer disks being misaligned. On a scale of 0.1 au or less, our results indicate that the system steadily accretes from its inner disk through its tilted dipolar magnetosphere. We conclude that in spite of a highly structured outer disk, perhaps the signature of ongoing planetary formation, the magnetospheric accretion process proceeds unimpeded at the star-disk interaction level.

研究动机与目标

• 理解磁层吸积在前过渡盘系统中的进行方式，这些系统具有大尺度间隙和潜在的盘面倾角不一致。
• 确定DoAr 44中复杂的宏观盘结构是否影响恒星-盘相互作用尺度上的内层吸积过程。
• 表征中心恒星的磁场拓扑结构与强度及其在截断内盘中的作用。
• 将干涉测量获得的宏观盘形态与光谱偏振测量和光度测量揭示的小尺度吸积物理过程相联系。
• 评估前过渡系统中的吸积动力学是否与具有连续盘的典型T型金牛座变星存在根本性差异。

提出的方法

• 开展了一项结合高分辨率光学与近红外光谱偏振测量的多波段观测计划，以探测Zeeman-Doppler特征和吸积诊断指标。
• 实施了长基线近红外干涉测量，以测定内磁层空腔的尺寸与结构，获得上限为5 R⋆（0.047 au）。
• 获取了多色光度数据，以推导恒星自转周期并识别由黑子引起的光变。
• 利用Zeeman-Doppler成像技术重建了恒星表面磁场的拓扑结构，发现其主要为偶极场，且磁轴相对于自转轴倾斜约20°。
• 分析了时序谱线轮廓（Hα、Hβ、He I 1083 nm、Paβ、He I 587.6 nm），以追踪在恒星自转周期调制下的吸积导流和激波区域。
• 结合干涉测量约束与磁场及吸积诊断数据，估算出磁层截断半径约为4.6 R⋆（0.043 au）。

实验结果

研究问题

• RQ1 DoAr 44中存在25–30 au间隙和盘面倾角不一致是否会导致磁层吸积过程与典型T型金牛座变星相比发生扰动或改变？
• RQ2 恒星磁场的几何构型与强度如何？其对内盘截断有何影响？
• RQ3 观测到的谱线轮廓调制是否与以恒星自转周期旋转的吸积导流一致？
• RQ4 是否存在与稳定吸积共存的瞬时喷流？它们在空间和时间上如何与磁场关联？
• RQ5 该系统低倾角（i ≈ 30°）在多大程度上影响了吸积与磁场特征的可探测性？

主要发现

• DoAr 44的自转周期为2.96天，主要由恒星黑子引起，这一结论由多色光度测量揭示。
• 中心恒星为1.2 M⊙的主序前星，具有适中的吸积率6.5 × 10⁻⁹ M⊙ yr⁻¹。
• 磁场主要为偶极型，光球层强度约为800 G，靠近吸积激波区域的峰值达2 ± 0.8 kG。
• 磁层空腔从约4.6 R⋆（0.043 au）延伸至恒星表面，与干涉测量所得的≤5 R⋆（0.047 au）上限一致。
• Hα、Hβ、He I 1083 nm和Paβ的谱线轮廓在2.96天周期内表现出调制，表明存在旋转的导流流；He I 1083 nm表现出红移的翼部和深蓝移吸收，表明存在吸积与瞬时喷流。
• 尽管存在复杂的宏观盘结构，磁层吸积过程仍稳定运行，且与典型T型金牛座变星类似，未在内盘-恒星界面观察到显著扰动。