[论文解读] CSI 2264: Simultaneous optical and X-ray variability in pre-Main Sequence stars. I: Time resolved X-ray spectral analysis during optical dips and accretion bursts in stars with disks

M. G. Guarcello, E. Flaccomio+7 more|arXiv (Cornell University)|Jan 17, 2017

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 85被引用 9

一句话总结

本研究利用CoRoT和Chandra/ACIS-I数据，分析了具有盘状结构的主序前星在光学与X射线波段的同时变异性，发现光学凹陷与X射线吸收增强相关，归因于无尘埃的吸积流；而光学爆发则与软X射线发射增强有关，表明吸积过程不稳定。研究结果证实，可变消光与吸积过程是年轻恒星系统多波段变异性的重要驱动力。

ABSTRACT

Pre-main sequence stars are variable sources. In stars with disks, this variability is related to the morphology of the inner circumstellar region (<0.1 AU) and that of the photosphere and corona, all impossible to be spatially resolved with present day techniques. This has been the main motivation for the Coordinated Synoptic Investigation of NGC 2264. In this paper, we focus on the stars with disks. We analyze the X-ray spectral properties extracted during optical bursts and dips in order to unveil the nature of these phenomena. We analyze simultaneous CoRoT and Chandra/ACIS-I observations to search for coherent optical and X-ray flux variability in stars with disks. Then, stars are analyzed in two different samples. In stars with variable extinction, we look for a simultaneous increase of optical extinction and X-ray absorption during the optical dips; in stars with accretion bursts, we search for soft X-ray emission and increasing X-ray absorption during the bursts. Results. We find evidence for coherent optical and X-ray flux variability among the stars with variable extinction. In 9/24 stars with optical dips, we observe a simultaneous increase of X-ray absorption and optical extinction. In seven dips, it is possible to calculate the NH/AV ratio in order to infer the composition of the obscuring material. In 5/20 stars with optical accretion bursts, we observe increasing soft X-ray emission during the bursts that we associate to the emission of accreting gas. It is not surprising that these properties are not observed in all the stars with dips and bursts, since favorable geometric configurations are required. The observed variable absorption during the dips is mainly due to dust-free material in accretion streams. In stars with accretion bursts, we observe on average a larger soft X-ray spectral component not observed in non accreting stars.

研究动机与目标

• 利用多波段数据，研究具有原行星盘的主序前星光学变异性产生的物理机制。
• 确定光学凹陷与爆发是否与X射线吸收或发射特性变化相关。
• 揭示凹陷期间遮蔽物质的性质，以及爆发期间软X射线发射的起源。
• 通过将X射线谱变异性与光学光曲线关联，约束吸积几何结构与动力学特性。
• 基于时间分辨的X射线谱分析，区分稳定与不稳定吸积状态。

提出的方法

• 利用CoRoT的同步光学光曲线与Chandra/ACIS-I的X射线光曲线，识别具有盘状结构的恒星中的相干变异性。
• 使用Xspec软件对光学凹陷与爆发期间进行时间分辨的X射线谱分析，提取谱参数。
• 在凹陷期间测量柱密度（N_H）与光学消光（A_V），计算N_H/A_V比值，推断遮蔽物质的尘埃含量。
• 在光学爆发期间识别软X射线谱成分（kT < 1 keV），并评估其发射量相对于平静状态的变化。
• 根据软X射线温度估算激波前速度与自由落体半径，并与同步旋转半径比较，以区分吸积状态。
• 根据光曲线形态（凹陷、爆发、周期性）对恒星进行分类，并与X射线谱行为相关联。

实验结果

研究问题

• RQ1 在具有盘状结构的主序前星中，光学凹陷期间是否同时出现X射线吸收与光学消光的增加？
• RQ2 光学吸积爆发是否伴随软X射线发射增强？这对应于何种吸积过程？
• RQ3 根据N_H/A_V比值推断，导致光学凹陷的物质成分（尘埃含量）为何？
• RQ4 观测到的爆发期间X射线谱变化是否与不稳定吸积流一致，而非稳定、旋转调制的吸积？
• RQ5 推导出的激波前速度与自由落体半径与同步旋转半径相比如何？这对应于何种吸积几何结构？

主要发现

• 在24颗具有光学凹陷的恒星中，9颗表现出X射线吸收与光学消光的同时增加，表明凹陷由可变遮蔽引起。
• 在这些凹陷中的7次观测中计算了N_H/A_V比值，其中5/20的值与无尘埃物质一致，表明凹陷期间遮蔽物质主要为气体，无显著尘埃。
• 在20颗具有光学吸积爆发的恒星中，5颗检测到显著的软X射线发射增强（kT < 1 keV），表明热吸积斑点发射增强。
• 软X射线温度（kT_soft）范围为0.06 keV至0.66 keV，激波前速度为350 km/s至744 km/s，与不稳定吸积流一致。
• 在Mon-370与Mon-808中，激波前速度约为350–360 km/s，自由落体半径小于10 R_star，表明爆发更可能源于不稳定吸积，而非稳定、受同步旋转限制的吸积流。
• 推导出的自由落体半径小于典型同步旋转半径（5–10 R_star），支持短时标爆发源于瞬态、不稳定的吸积事件的假设。