[论文解读] Optical and infrared properties of V1647 Orionis during the 2003-2006 outburst. II. Temporal evolution of the eruptive source

D. Fedele, M. E. van den Ancker+2 more|ArXiv.org|Jun 22, 2007

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 47被引用 28

一句话总结

本研究利用光学与中红外光谱分析了V1647 Ori在2003–2006年爆发期间的特性，揭示其爆发行为兼具FU Orionis与EX Lupi型恒星的特征。数据支持热盘不稳定性模型，其中吸积率变化与周围包层共同作用，解释了该源独特的光谱特征及其在早期恒星演化中的过渡性质。

ABSTRACT

The occurrence of new FU Orionis-like objects is fundamental to understand the outburst mechanism in young stars and their role in star formation and disk evolution. Our work is aimed at investigating the properties of the recent outburst of V1647 Ori. Using optical and mid infrared long slit spectroscopy we monitored V1647 Ori in outburst between February 2004 and January 2006. The optical spectrum is characterized by Halpha and Hbeta in P-Cygni profile and by many weak FeI and FeII emission lines. Short timescale variability was measured in the continuum and line emission. On January 2006 we detected for the first time forbidden emission lines ([OI], [SII] and [FeII]). These lines are likely produced by an Herbig-Haro object driven by V1647 Ori. The mid infrared the spectrum of V1647 Ori is flat and featureless at all epochs. The SED changed drastically: the source was much redder in the early outburst than in the final phase. The magnitude rise and the SED of V1647 Ori resembles that of a FUor while the duration and recurrence of the outburst resemble that of a EXor. The optical spectrum is clearly distinct from either the absorption line spectrum of a FUor or the T Tauri-like spectrum of an EXor. Our data are consistent with a disk instability event which led to an increase of the mass accretion rate. The data also suggest the presence of a circumstellar envelope around the star+disk system. The peculiar N band spectrum might be explained by dust sublimation in the outer layers of the disk. The presence of the envelope and the outburst statistics suggest that these instability events occur only in a specific stage of a Class I source (e.g. in the transition phase to an optically visible star surrounded by a protoplanetary disk). We discuss the outburst mechanisms in term of the thermal instability model.

研究动机与目标

• 理解V1647 Ori在2003–2006年爆发的物理机制，该恒星为一颗分类模糊的年轻爆发变星。
• 确定其爆发行为更接近FU Orionis还是EX Lupi型爆发，或代表一种独立类型。
• 研究盘不稳定性、包层吸积与吸积率变化在塑造观测到的光谱与光变演化中的作用。
• 评估该爆发对更广泛的原行星际前主序星群体的影响，以及从I类源向T Tauri源过渡的含义。

提出的方法

• 在2004年2月至2006年1月期间，使用欧洲南方天文台帕拉纳台址的VLT/FORS2进行长缝光谱观测（4700–7300 Å），监测光学谱线轮廓与连续谱的变异性。
• 利用拉西亚台址的TIMMI2进行8–13 μm波段的中红外光谱观测，分析谱谱能分布（SED）并检测尘埃特征。
• 整合公开的VLTI/MIDI干涉测量数据，探测内盘与包层的空间结构。
• 分析Hα、Hβ、Fe I、Fe II及禁线（[O I]、[S II]、[Fe II]）的时序演化，推断喷流与吸积动力学。
• 将观测到的SED与FU Orionis与EX Lupi爆发的理论模型进行比较。
• 通过将预测的吸积率与温度梯度与观测到的光谱特征对比，评估热不稳定性模型作为统一机制的适用性。

实验结果

研究问题

• RQ1 是什么原因导致V1647 Ori表现出混合光谱特征，使其与经典FU Orionis与EX Lupi恒星均不同？
• RQ2 在2003–2006年爆发期间，吸积率与盘结构如何演化，这对爆发机制有何启示？
• RQ3 周围包层在爆发期间对观测到的SED与光谱特征起何种作用？
• RQ4 热不稳定性模型能否解释V1647 Ori的持续时间、重复性以及与其它爆发变星相比的光谱多样性？
• RQ5 为何中红外光谱平坦且无特征？这对其尘埃亚微米化与盘几何结构有何启示？

主要发现

• V1647 Ori的光学光谱显示Hα与Hβ呈P-Cygni轮廓，且Fe I/Fe II发射线较弱，表明存在持续的吸积与致密电离风。
• 首次在2006年1月检测到禁线发射（[O I]、[S II]、[Fe II]），表明存在由爆发源驱动的赫比格-哈罗天体。
• 所有观测阶段的中红外光谱均保持平坦且无特征，N波段光谱暗示外盘层中存在尘埃亚微米化。
• SED发生显著演化：爆发初期源比最终阶段更红，表明尘埃分布或温度结构发生变化。
• 爆发持续时间（约2–3年）与数十年尺度的重复性表明其处于FU Orionis与EX Lupi行为之间的过渡阶段。
• 数据支持热盘不稳定性模型，爆发幅度与持续时间取决于包层吸积率，从而解释了V1647 Ori的混合光谱与光变行为。