[논문 리뷰] Spectroscopic diagnostics for circumstellar disks of B[e] supergiants

M. Kraus|arXiv (Cornell University)|2016. 10. 17.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 1인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 B[e] 초거성주위의 원형성원반들이 연속적인 유동이 아니라 다수의 안정적인 케플러 반원형 고리로 구성되어 있음을 분광학적 증거로 제시한다. 고해상도 가시광선 및 적외선 분광법을 통해 CO, [O i], [Ca ii] 방출선에서 덩어리지고 고리 형태의 구조가 관측되었으며, 이는 고전적인 흐르는 원형성원반 모델에 도전하고 있으며, 진동에 의해 유도된 질량 방출이 형성 메커니즘으로서 가능성이 제기된다.

ABSTRACT

B[e] supergiants (B[e]SGs) are emission-line objects, presumably in a short-lived phase in the post-main sequence evolution of massive stars. Their intense infrared excess emission indicates large amounts of warm circumstellar dust, and the stars were longtime assumed to possess an aspherical wind consisting of a classical line-driven wind in polar direction and a dense, slow equatorial wind dubbed outflowing disk. The general properties obtained for these disks are in line with this scenario, although current theories have considerable difficulties reproducing the observed quantities. Therefore, more sophisticated observational constraints are needed. These follow from combined optical and infrared spectroscopic studies, which delivered the surprising result that the circumstellar material of B[e]SGs is concentrated in multiple rings revolving the stars on stable Keplerian orbits. Such a scenario requires new ideas for the formation mechanism, in which pulsations might play an important role.

연구 동기 및 목표

• 고해상도 분광법을 사용하여 B[e] 초거성의 원형성원반 구조를 재평가한다.
• 이론 모델과 관측된 원형성원반 특성 간 오랫동안 지속된 괴리점을 해결한다.
• 원형성원반 환경에서 다수의 안정적인 고리 형태의 기원을 조사한다.
• 근처의 쌍성 없이도 별의 진동이 이러한 구조 형성에 어떤 역할을 하는지 평가한다.
• 이전 연구에서 잘못된 원형성원반 기하학적 가정으로 인해 과대평가된 회전 속도(v sin i)를 재분석을 통해 수정한다.

제안 방법

• B[e] 초거성의 고해상도 가시광선 및 근적외선 분광법 측정을 수행하여 금지선 및 분자 방출선을 분석한다.
• CO 첫 번째 과도대(overtones) 밴드 방출선을 사용하여 별 근처의 뜨겁고 밀도가 높은 분자 기체를 추적한다.
• [O i] 및 [Ca ii] 금지선을 분석하여 원형성원반 물질의 운동학 및 공간 분포를 조사한다.
• 여러 시점에서의 선형형태를 비교하여 방출 영역의 비균일성과 변동성을 탐지한다.
• 관측된 데이터를 적합하기 위해 단일 연속 원형성원반 대신 다수의 분리된 고리 모델을 사용한다.
• 공간 해상도가 높은 적외선 영역의 통합장치 단위(K-band) 영상 촬영을 통해 일부 대상에서 덩어리지고 고리 형태의 구조를 확인한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 B[e] 초거성의 원형성원반 물질의 진정한 공간적 구조는 연속적인 원반인지, 아니면 분리된 고리인지?
• RQ2 왜 CO, [O i], [Ca ii] 방출선의 선형형태를 정확히 맞추기 위해 다수의 물리적으로 별개의 고리가 필요한가?
• RQ3 다수의 안정적인 케플러 반원형 고리를 별 주위에 형성하고 유지할 수 있는 물리적 메커니즘은 무엇인가?
• RQ4 관측된 CO 변동성(예: HD 327083, LHA 115-S 65)은 일시적인 질량 방출 또는 진동 사건과 어떻게 관련이 있는가?
• RQ5 이전 연구에서 원형성원반 기하학에 대한 잘못된 가정으로 인해 B[e] 초거성의 v sin i 측정치가 얼마나 과대평가되었는가?

주요 결과

• 고해상도 분광법을 통해 B[e] 초거성에서 CO, [O i], [Ca ii] 방출선이 연속적인 원형성원반 대신 최소 두 개 이상의 별개의 고리에서 기인하는 것으로 밝혀졌다.
• HD 327083에서 CO 밴드 방출선은 단일 개월 내에 크게 변동하여 분자 기체 내에서 급속한 비균일성 또는 동적 변화가 일어나고 있음을 시사한다.
• LHA 115-S 65는 이전에 검출되지 않다가 2011년 10월에 갑작스럽게 CO 밴드 방출선을 나타내어, 폭발에 의해 유도된 질량 방출 사건일 가능성이 있다.
• 달의 항성 LHA 120-S 35는 두 해 동안 CO 강도가 두 배로 증가했으며, LHA 120-S 73는 2004년에서 2010년 사이에 CO 강도가 부분적으로 회복된 것으로 나타났다.
• MWC 137의 공간 해상도가 높은 K-band 영상 촬영을 통해 다수의 덩어리지고 고리 형태의 분자 고리가 존재함을 확인하여 고리 모델을 지지한다.
• v sin i 값의 재분석 결과 이전의 추정치가 원형성원반 기하학과 운동학에 대한 잘못된 가정으로 인해 심각하게 과대평가되었을 가능성이 있다.