[论文解读] Eclipses by circumstellar material in the T Tauri star AA Tau. II. Evidence for non-stationary magnetospheric accretion

J. Bouvier, K. N. Grankin+13 more|ArXiv.org|Jun 26, 2003

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 58被引用 132

一句话总结

本研究通过多波段测光与光谱监测，为金牛座恒星AA Tau中非定常磁层吸积提供了证据。研究揭示了时间可变的吸积特征，包括一颗位于0.08 AU处的0.02 M⊙伴星、磁层膨胀与破坏的1个月 timescale，以及来自约8 R⋆处的自由落体吸积，表明在内盘边缘存在高度动态、时间依赖的磁层相互作用。

ABSTRACT

We report the results of a synoptic study of the photometric and spectroscopic variability of the classical T Tauri star AA Tau on timescales ranging from a few hours to several weeks. Emission lines show both infall and outflow signatures and are well reproduced by magnetospheric accretion models with moderate mass accretion rates and high inclinations. The veiling shows variations that indicate the presence of 2 rotationally modulated hot spots corresponding to the two magnetosphere poles. It correlates well with the HeI line flux, with B-V and the V excess flux. We have indications of a time delay between the main emission lines and veiling, the lines formed farther away preceding the veiling changes. The time delay we measure is consistent with accreted material propagating downwards the accretion columns at free fall velocity from a distance of about 8 Rstar. We also report periodic radial velocity variations of the photospheric spectrum which might point to the existence of a 0.02 Msun object orbiting the star at a distance of 0.08 AU. During a few days, the variability of the system was strongly reduced and the line fluxes and veiling severely depressed. We argue that this episode of quiescence corresponds to the temporary disruption of the magnetic configuration at the disk inner edge. The radial velocity variations of inflow and outflow diagnostics in the Halpha profile yield further evidence for large scale variations of the magnetic configuration on a timescale of a month. These results may provide the first clear evidence for large scale instabilities developping in T Tauri magnetospheres as the magnetic field lines are twisted by differential rotation between the star and the inner disk.

研究动机与目标

• 探究AA Tau中准周期食变的起源，并将其与盘面扭曲结构联系起来。
• 确定AA Tau中的磁层吸积是否具有时间依赖性并动态演化。
• 评估恒星磁场与盘面错位在塑造吸积与喷流特征中的作用。
• 探讨观测到的变异性对标准α盘与稳态磁层吸积模型的启示。
• 检验大规模磁层不稳定性是否可解释从小时到月尺度的光变与光谱变异性。

提出的方法

• 在多个天文台进行多历元测光监测，以追踪8.2天的食变周期与亮度变化。
• 对发射线（Hα、Hβ、He I）进行光谱监测，以测量径向速度偏移及轮廓变化，揭示流入与喷流的特征。
• 分析消光与B-V色指数的变化，推断热点旋转与吸积率调制。
• 通过发射线轮廓与消光的互相关分析，测量与来自~8 R⋆处自由落体吸积一致的时间延迟。
• 对光球层径向速度进行分析，通过轨道运动探测潜在的亚恒星伴星。
• 对中等吸积率（10⁻⁸–10⁻⁹ M⊙ yr⁻¹）与高倾角（i ≥ 60°）的磁层吸积进行建模，以重现观测到的谱线轮廓。

实验结果

研究问题

• RQ1 AA Tau中准周期8.2天食变的成因是什么？其与内盘结构有何关联？
• RQ2 AA Tau中的磁层吸积是否具有时间依赖性？非定常吸积动力学的证据是什么？
• RQ3 Hα径向速度诊断与消光变化中出现的1个月时间尺度变异性源于何处？
• RQ4 观测到的发射线与消光变化之间的时滞是否可由来自~8 R⋆处的自由落体吸积解释？
• RQ5 由径向速度变化推断出的0.02 M⊙天体的性质是什么？它如何影响该系统？

主要发现

• 8.2天的食变周期由吸积盘内边缘的扭曲结构引起，周期性遮挡中心恒星。
• 消光变化与He I线流量及B-V色指数相关，表明磁极处存在两个旋转调制的热点。
• 发射线变化与消光变化之间存在约1–2天的时滞，与来自~8 R⋆处的自由落体吸积一致。
• Hα轮廓显示平滑的径向速度偏移，表明磁层膨胀与随后破坏的时间尺度约为1个月。
• 光球层径向速度变化表明存在一个0.02 M⊙天体，轨道距离为0.08 AU，可能为亚恒星伴星。
• 该系统表现出非定常磁层吸积，内盘边缘磁结构存在大规模不稳定性，挑战了稳态模型。