[论文解读] Probing the accretion-ejection connection with VLTI/AMBER: High spectral resolution observations of the Herbig Ae star HD163296

R. García López, Л. В. Тамбовцева+5 more|arXiv (Cornell University)|Feb 10, 2015

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 44被引用 30

一句话总结

本研究利用高光谱分辨率的VLTI/AMBER干涉测量（R ~ 12,000）探测了金牛座Ae型恒星HD 163296的Brγ发射区域，发现其源自于0.04 AU以内的紧凑磁致离心驱动盘风——显著位于尘埃亚苏布临界半径以内。观测与建模结果证实，Brγ线发射主要来源于盘风，而非磁层吸积，从而解决了长期以来关于亚AU尺度上吸积-喷流关联性的争议。

ABSTRACT

Accretion and ejection are tightly connected and represent the fundamental mechanisms regulating star formation. However, the exact physical processes involved are not yet fully understood. We present high angular and spectral resolution observations of the Br Gamma emitting region in the Herbig Ae star HD163296 (MWC275) in order to probe the origin of this line and constrain the physical processes taking place at sub-AU scales in the circumstellar region. By means of VLTI-AMBER observations at high spectral resolution (R~12000), we studied interferometric visibilities, wavelength-differential phases, and closure phases across the Br Gamma line of HD163296. To constrain the physical origin of the Br Gamma line in Herbig Ae stars, all the interferometric observables were compared with the predictions of a line radiative transfer disc wind model. The measured visibilities clearly increase within the Br Gamma line, indicating that the Br Gamma emitting region is more compact than the continuum. By fitting a geometric Gaussian model to the continuum-corrected Br Gamma visibilities, we derived a compact radius of the Br Gamma emitting region of ~0.07+/-0.02AU (Gaussian half width at half maximum; or a ring-fit radius of ~0.08+/-0.02AU). To interpret the observations, we developed a magneto-centrifugally driven disc wind model. Our best disc wind model is able to reproduce, within the errors, all the interferometric observables and it predicts a launching region with an outer radius of ~0.04AU. However, the intensity distribution of the entire disc wind emitting region extends up to ~0.16AU. Our observations, along with a detailed modelling of the Br Gamma emitting region, suggest that most of the Br Gamma emission in HD163296 originates from a disc wind with a launching region that is over five times more compact than previous estimates of the continuum dust rim radius.

研究动机与目标

• 为解决金牛座Ae型恒星HD 163296中Brγ发射的起源问题，该发射是吸积与喷流过程的关键示踪剂。
• 通过测量亚AU尺度上的空间扩展，确定Brγ发射是源于磁层吸积还是盘风。
• 利用高光谱分辨率干涉观测数据，约束发射区域的启动半径与结构。
• 检验磁致离心驱动盘风模型是否能重现观测到的干涉特征。
• 通过识别最内层原恒星尺度上的主导发射机制，澄清吸积与喷流之间的物理关联。

提出的方法

• 利用VLTI/AMBER获取了高光谱分辨率（R ~ 12,000）的光谱干涉观测，对Brγ线在多个光谱通道进行采样。
• 测量了干涉观测量——可见度、波长差分相位和闭合相位，并对连续谱贡献进行了校正。
• 对连续谱校正后的Brγ可见度数据，采用几何高斯和环形模型进行拟合，得出发射区域的大小（0.07 ± 0.02 AU HWHM）。
• 开发了一套适用于磁致离心驱动盘风的线辐射转移模型，并用于模拟干涉观测量。
• 通过迭代调整模型，使其与观测到的可见度、差分相位、闭合相位及线轮廓一致，最优拟合模型（MW6）在观测误差范围内达到良好匹配。
• 测试了包含盘风与磁层组分的混合模型，以评估其他发射机制的贡献。

实验结果

研究问题

• RQ1 HD 163296中的Brγ发射主要在盘风中还是磁层吸积柱内启动？
• RQ2 Brγ发射区域的空间扩展范围是多少？其与尘埃亚苏布临界半径相比如何？
• RQ3 磁致离心驱动盘风模型能否重现观测到的干涉特征（可见度、差分相位、闭合相位）？
• RQ4 观测到的Brγ发射紧凑尺度是否与盘风起源一致，还是需要磁层组分的贡献？
• RQ5 盘风的启动半径与先前研究推断的内层尘埃环半径相比如何？

主要发现

• Brγ发射区域比连续谱更紧凑，其高斯半高全宽（HWHM）半径为0.07 ± 0.02 AU。
• Brγ发射的环形拟合半径为0.08 ± 0.02 AU，证实其为紧凑且局域化的发射区域。
• 最优拟合的盘风模型（MW6）在观测不确定度范围内，成功重现了所有干涉观测量——可见度、差分相位、闭合相位及线轮廓。
• 盘风在约0.04 AU的外半径处启动，显著小于先前研究报道的尘埃亚苏布临界半径（0.19–0.45 AU）。
• 整个盘风发射区域延伸至约0.16 AU（15 R*），表明尽管启动区域紧凑，但其发射结构仍具延展性。
• 观测结果排除了Brγ发射完全源于磁层的可能，因为其紧凑尺度与干涉特征要求存在如盘风这类更延展的组分。