[论文解读] Be star outbursts: transport of angular momentum by waves

C. Neiner, S. Mathis+2 more|arXiv (Cornell University)|Nov 11, 2013

Stellar, planetary, and galactic studies被引用 3

一句话总结

本文提出，快速旋转的B型恒星对流核心中重力-惯性（g）波的随机激发可将角动量输运至表面，驱动恒星达到临界旋转速度，从而触发Be星爆发。CoRoT对HD 49330的观测显示，爆发前和爆发期间g模振幅显著增强，而p模则消失，证实波驱动的角动量输运可导致Be星物质喷射和盘状结构形成。

ABSTRACT

The Be phenomenon, that is the ejection of matter from Be stars into a circumstellar disk, has been a long lasting mystery. In the last few years, the CoRoT (Convection, Rotation and planetary Transits) satellite brought clear evidence that Be outbursts are directly correlated with pulsations. We found that it may be the transport of angular momentum by waves or pulsation modes that brings the already rapid stellar rotation to its critical value at the surface, and allows the star to eject material. The recent discovery of stochastically excited gravito-inertial modes by CoRoT in a hot Be star strengthens this scenario. We present the CoRoT observations and modeling of several Be stars and describe the new picture of the Be phenomenon which arose from these results.

研究动机与目标

• 解决长期以来关于是什么触发Be星爆发及周围盘状结构形成的谜题。
• 研究脉动与波驱动角动量输运在实现必要快速表面旋转以促成物质喷射中的作用。
• 检验对流核心中随机激发的重力-惯性波是否能解释脉动模与爆发阶段之间的观测相关性。
• 确定旋转如何增强随机g波的振幅，从而实现可探测的角动量输运。
• 通过将快速旋转恒星中的脉动驱动角动量输运联系起来，统一不同光谱型Be现象的解释。

提出的方法

• 分析HD 49330在约136天内的高精度CoRoT光变曲线，以识别并表征脉动频率。
• 将光变曲线中的频率与光谱线轮廓变化交叉比对，确认脉动模的光球层起源。
• 使用Tohoku脉动代码进行地震学建模，计算由脉动引起的角动量输运速率，特别关注g模的激发与阻尼。
• 评估对流区中随机激发对g波振幅及其角动量输运效率的影响。
• 比较HD 49330外层的角动量沉积速率，发现由于脉动阻尼，在接近表面处存在显著峰值。
• 通过推广基于旋转速率、脉动类型和核心对流性的场景，将模型扩展至其他Be星。

实验结果

研究问题

• RQ1 B型恒星对流核心中重力-惯性波的随机激发能否解释Be星爆发的起始？
• RQ2 HD 49330中g模的振幅与频率如何与爆发阶段相关联？
• RQ3 快速旋转在多大程度上增强随机激发g波的振幅，从而实现可探测的角动量输运？
• RQ4 为何只有快速旋转的B型恒星成为Be星，尽管所有脉动B型恒星都存在某种形式的振荡？
• RQ5 不同脉动模（p模与g模）在Be星表面角动量输运中的相对贡献如何？

主要发现

• CoRoT对HD 49330的观测揭示了超过300个频率，包括30个独立的脉动模，其中p模在爆发前和爆发期间振幅减小。
• g模频率群在爆发前出现，爆发期间达到峰值，爆发后消失，表明存在一种瞬态的波驱动机制。
• HD 49330的表面层在爆发期间达到临界旋转，可能由于波的角动量沉积导致p模腔体破裂，从而触发物质喷射。
• 地震学建模显示，在恒星半径最外层的几个百分点内，局部角动量变化率急剧增加，证实表面层存在强烈的净角动量沉积。
• 在湍流对流区中激发的随机g波可实现与κ机制驱动波相当的角动量输运效率，且输运效率随波振幅增加而提高，随频率增加而降低。
• 快速旋转增强随机g波的振幅，使其能够输运足够角动量使表面达到临界旋转，从而解释为何仅快速转子会成为Be星。