[논문 리뷰] The binary Be star $\delta$ Scorpii at high spectral and spatial resolution : II The circumstellar disk evolution after the periastron

A. Meilland, P. Stee외 4명|arXiv (Cornell University)|2013. 01. 09.

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한 줄 요약

이 연구는 2011년 페리아스트론 통과 1년 전과 후의 고스펙트럼 및 고공간 해상도 VLTI/AMBER 간섭계를 사용하여 이중 Be 항성 δ 스코피우스의 원형주위 디스크의 진화를 추적한다. 2010년에서 2012년 사이에 Brγ 선 방출의 FWHM이 5.5에서 7.8 R⊙로 40% 증가함을 발견하여 평균 디스크 확장 속도가 0.20 ± 0.11 km s⁻¹임을 시사하며, 이는 이중성의 tidal 상호작용으로 인한 비대칭 디스크 형태 변화일 가능성이 있으나, 페리아스트론 이후 비대칭성은 '고정된 상태'로 유지되는 것처럼 보인다.

ABSTRACT

Classical Be stars are hot non-supergiant stars surrounded by a gaseous circumstellar disk that is responsible for the observed infrared (IR) excess and emission lines. The influence of binarity on these phenomena remains controversial. We followed the evolution of the environment surrounding the binary Be star $\delta$ Scorpii one year before and one year after the 2011 periastron to check for any evidence of a strong interaction between its companion and the primary circumstellar disk. We used the VLTI/AMBER spectro-interferometric instrument operating in the K band in high (12000) spectral resolution to obtain information on both the disk geometry and kinematics. Observations were carried out in two emission lines: Br$\gamma$ (2.172\,$\mu$m) and $\ion{He}{i}$ (2.056\,$\mu$m). We detected some important changes in $\delta$ Scorpii's circumstellar disk geometry between the first observation made in April 2010 and the new observation made in June 2012. During the last two years the disk has grown at a mean velocity of 0.2\,km\,s$^{-1}$. This is compatible with the expansion velocity previously found during the 2001-2007 period. The disk was also found to be asymmetric at both epochs, but with a different morphology in 2010 and 2012. Considering the available spectroscopic data showing that the main changes in the emission-line profiles occurred quickly during the periastron, it is probable that the differences between the 2010 and 2012 disk geometry seen in our interferometric data stem from a disk perturbation caused by the companion tidal effects. However, taking into account that no significant changes have occurred in the disk since the end of the 2011 observing season, it is difficult to understand how this induced inhomogeneity has been "frozen" in the disk for such a long period.

연구 동기 및 목표

• 2011년 페리아스트론 통과 이후 이중 Be 항성 δ 스코피우스의 원형주위 디스크 장기적 진화를 조사하기 위해.
• 이중성의 별 동반자와의 tidal 상호작용이 디스크 기하학적 형태와 운동학적 특성에 측정 가능한 변화를 유도하는지 확인하기 위해.
• 고해상도 간섭계 데이터를 사용하여 디스크의 안정성과 성장률을 평가하기 위해.
• 2010년(페리아스트론 이전)과 2012년(페리아스트론 이후)의 간섭계 관측 결과를 비교하여 페리아스트론 이후 디스크 진화를 탐지하기 위해.
• tidal 힘이 방출선 프로파일에서 관측된 디스크 비대칭성을 형성하는 데 어떤 역할을 하는지 평가하기 위해.

제안 방법

• K 대역에서 고스펙트럼 해상도(R = 12,000)를 갖는 스펙트로-간섭계 데이터를 VLTI/AMBER 장치를 사용하여 확보하였다.
• 디스크 구조와 운동학을 조사하기 위해 Brγ(2.172 µm)와 He i(2.056 µm) 두 개의 방출선을 관측하였다.
• 다양한 기준선과 위치각을 통해 기준선 커버리지 및 복사도/위상 측정값을 이용하여 디스크 기하학을 재구성하였다.
• 기준선 기반의 축대칭 Keplerial 디스크 모델을 간섭계 데이터에 적합시켰으며, 디스크 FWHM, 등가폭, 위치각 등의 매개변수를 포함하였다.
• 2010년 4월(페리아스트론 이전)과 2012년 6월(페리아스트론 이후)의 모델 적합 결과를 비교하여 시간에 따른 진화를 탐지하였다.
• 보정성우성우 HD 139663과 프리징 트래커 FINITO를 사용하여 기기 및 보정 효과를 보정하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 2010년에서 2012년 사이에 δ 스코피우스의 원형주위 디스크가 측정 가능한 구조적 변화를 겪었는가, 특히 2011년 페리아스트론 통과 이후에?
• RQ2 디스크 확장 속도는 얼마이며, 이는 점성 또는 방출 기반 디스크 모델과 일치하는가?
• RQ3 2010년과 2012년에 관측된 디스크 비대칭성은 이중성 동반자에 의한 tidal 왜곡 때문인가?
• RQ4 기대되는 동역학적 진화에 비해, 비대칭성이 스펙트로스코픽 데이터에서는 변화가 없이 유지되는 이유는 무엇인가?
• RQ5 Brγ와 He i 방출선의 운동학적 및 기하학적 특성은 어떻게 다르며, 이러한 차이는 디스크 구조에 대해 어떤 함의를 갖는가?

주요 결과

• δ 스코피우스의 원형주위 디스크는 2010년에서 2012년 사이에 40% 확장되었으며, Brγ 선 방출의 FWHM이 5.5 ± 1.0 R⊙에서 7.8 ± 0.3 R⊙로 증가하였다.
• 평균 디스크 확장 속도는 0.20 ± 0.11 km s⁻¹로 측정되었으며, 이는 2000–2007년 기간 동안의 이전 측정치와 점성 기반의 확장 디스크 모델과 일치한다.
• He i 선은 FWHM가 8%만 증가(4.5 ± 0.5 R⊙에서 4.9 ± 0.2 R⊙로)하여 Brγ에 비해 방출 영역이 훨씬 컴팩트하게 유지됨을 시사한다.
• 두 시점 모두에서 디스크는 비대칭적이었지만, 2010년과 2012년의 형태적 차이가 있었으며, 이는 페리아스트론 이후 구조적 변화가 있었음을 나타낸다.
• Rivinius 등(2012)이 페리아스트론 기간 동안 관측한 스펙트로스코픽 V/R 비율 변화는 몇 일 내로 발생하였으며, 이는 관측된 비대칭성을 유도한 빠른 tidal 왜곡일 가능성이 있음을 시사한다.
• 페리아스트론 근처에서의 급격한 변화에도 불구하고, 2012년 데이터에서는 디스크 비대칭성의 유의미한 진화가 관측되지 않아, 이 비균질성은 장기간 동안 디스크 내에서 '고정된 상태'일 수 있음을 시사한다.