[论文解读] A study of the photometric and spectroscopic variations of the prototypical FU Orionis-type star V1057 Cyg

Zsófia Marianna Szabó, Á. Kóspál+20 more|arXiv (Cornell University)|May 21, 2021

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 115被引用 27

一句话总结

本研究对典型的FU Orionis星V1057 Cyg开展了长达十年的测光与光谱监测，揭示了持续存在的准周期性亮度变化以及复杂的光谱线行为。作者首次检测到[ S II ]、[ N II ]和[ O III ]发射线，同时观测到随时间变化的风、壳层及禁线发射特征，为FUors中吸积与喷流动力学提供了新见解。

ABSTRACT

Among the low-mass pre-main sequence stars, a small group called FU Orionis-type objects (FUors) are notable for undergoing powerful accretion outbursts. V1057 Cyg, a classical example of an FUor, went into outburst around 1969-1970, after which it faded rapidly, making it the fastest fading FUor known. Around 1995, a more rapid increase in fading occurred. Since that time, strong photometric modulations have been present. We present nearly 10 years of source monitoring at Piszk\'estet\H{o} Observatory, complemented with optical/near-infrared photometry and spectroscopy from the Nordic Optical Telescope, Bohyunsan Optical Astronomy Observatory, Transiting Exoplanet Survey Satellite, and the Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy. Our light curves show continuation of significant quasi-periodic variability in brightness over the past decade. Our spectroscopic observations show strong wind features, shell features, and forbidden emission lines. All of these spectral lines vary with time. We also report the first detection of [S II], [N II], and [O III] lines in the star.

研究动机与目标

• 表征已知最快衰减的FU Orionis星V1057 Cyg的长期测光变异性。
• 研究光谱特征（包括风、壳层及禁线）的时间依赖行为。
• 识别并分析光学与红外光谱中新的发射线，特别是[ S II ]、[ N II ]和[ O III ]。
• 通过覆盖光学、近红外及测光波段的多波段监测，约束FUors中的吸积与喷流过程。
• 增进对驱动FUor爆发及其数十年演化过程中物理机制的理解。

提出的方法

• 在Piszkéstető天文台开展近十年的光学测光监测，辅以TESS卫星及地面望远镜的多色测光数据。
• 利用北欧光学望远镜、Bohyunsan光学天文台以及平流层红外天文台（SOFIA）获取高分辨率光学与近红外光谱。
• 分析光变曲线以检测并表征准周期性亮度变化，采用正弦与指数衰减模型进行拟合。
• 识别并测量光谱中随时间变化的发射与吸收特征，包括P Cygni轮廓、壳层成分及禁线。
• 利用原子谱线数据库对光谱特征进行归属，并确定其激发条件，包括[ S II ]、[ N II ]和[ O III ]线的检测。
• 应用标准光谱数据还原技术，并通过标准星定标及消除大气吸收效应进行通量校准。

实验结果

研究问题

• RQ1 在过去的十年中，V1057 Cyg的准周期性测光变异性具有何种性质及其周期是多少？
• RQ2 在V1057 Cyg中，光谱特征（尤其是风、壳层及禁线发射）如何随时间演化？
• RQ3 在V1057 Cyg光谱中首次检测到[ S II ]、[ N II ]和[ O III ]发射线具有何种意义？
• RQ4 观测到的测光与光谱变异性如何与该典型FU Orionis星的吸积与喷流过程相关联？
• RQ5 光谱线的时间变异性可揭示其周围环境的几何结构与动力学特征的哪些信息？

主要发现

• 光变曲线显示，过去十年中持续存在显著的准周期性亮度变化，表明吸积盘或周围环境仍处于不稳定状态。
• 光谱观测揭示了强而随时间变化的风特征、壳层成分及禁线发射，表明存在复杂的喷流与盘结构。
• 本研究首次在V1057 Cyg中检测到[ S II ] λ671.6、[ S II ] λ673.1、[ N II ] λ654.8、[ N II ] λ658.3及[ O III ] λ500.7线，其中后者在光学光谱中尤为显著。
• [ O III ] 500.7 nm线在光学光谱中被检测到，证实了高电离物种存在于周围环境中。
• Hα线呈现P Cygni轮廓，具有强发射成分及蓝移吸收，表明存在高速喷流。
• Li I 670.8 nm线表现出强而随时间变化的吸收，与持续的吸积过程以及冷而富含尘埃的包层或盘的存在一致。