[论文解读] Short-term variability and mass loss in Be stars I. BRITE satellite photometry of $η$ and $μ$ Centauri

D. Baade, Th. Rivinius+14 more|arXiv (Cornell University)|Feb 4, 2016

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 69被引用 28

一句话总结

本研究利用BRITE卫星的光度和光谱观测，探究了半人马座η和μ Be星的质量损失机制，发现非径向脉动（NRPs）通过两种NRP模态频率差的非线性耦合，驱动恒星-吸积盘相互作用。关键发现为：质量转移受此耦合调制，其振幅达到两个母模态振幅之和的三倍，且由此产生的活动由与Štefl频率相关的、以黏性为主导的吸积盘引擎所控制。

ABSTRACT

Empirical evidence for the involvement of nonradial pulsations (NRP's) in the mass loss from Be stars ranges from (i) a singular case (\object{$μ$ Cen}) of repetitive mass ejections triggered by multi-mode beating to (ii) several photometric reports about enormous numbers of pulsation modes popping up during outbursts and on to (iii) effective single-mode pulsators. The BRITE Constellation of nanosatellites was used to obtain mmag photometry of the Be stars $η$ and \object{$μ$ Cen}. In the low-inclination star \object{$μ$ Cen}, light pollution by variable amounts of near-stellar matter prevented any new insights into the variability and other properties of the central star. In the equator-on star \object{$η$ Cen}, BRITE photometry and {\sc Heros} echelle spectroscopy from the 1990s reveal an intricate clockwork of star-disk interactions. The mass transfer is modulated with the frequency difference of two NRP modes and an amplitude three times as large as the amplitude sum of the two NRP modes. This process feeds a high-amplitude circumstellar activity running with the incoherent and slightly lower so-called Štefl frequency. The mass loss-modulation cycles are tightly coupled to variations in the value of the Štefl frequency and in its amplitude, albeit with strongly drifting phase differences. The observations are well described by the decomposition of the mass loss into a pulsation-related engine in the star and a viscosity-dominated engine in the circumstellar disk. Arguments are developed that large-scale gas-circulation flows occur at the interface. The propagation rates of these eddies manifest themselves as Štefl frequencies. Bursts in power spectra during mass-loss events can be understood as the noise inherent to these gas flows.

研究动机与目标

• 研究非径向脉动（NRPs）在驱动Be星质量损失和盘形成中的作用。
• 确定瞬态NRP模态是否调制或触发Be星的质量损失事件。
• 表征赤道面向和高倾角Be星中恒星脉动与周围盘动力学之间的耦合关系。
• 解释光曲线中观测到的高振幅、长 timescale 周围盘活动的起源。
• 检验假设：在恒星-盘界面处，以黏性为主导的盘流产生观测到的Štefl频率。

提出的方法

• 利用BRITE-Constellation纳米卫星获取η和μ半人马座星的高精度mmag级光度观测。
• 将BRITE光度数据与1990年代的Heros阶梯光谱仪对η半人马座的档案光谱数据相结合，分析径向速度和发射线的变异性。
• 对光度光曲线进行频率分析，以识别脉动模态并检测Štefl频率的存在。
• 通过在两个NRP模态的频率差处建模非线性耦合，解释增强的振幅调制和质量损失爆发。
• 研究NRP模态、Štefl频率与盘活动之间的相位关系，以推断盘动力学。
• 提出双引擎模型：恒星中为脉动驱动的引擎，盘中为黏性主导的引擎，涡旋传播产生Štefl频率。

实验结果

研究问题

• RQ1 Be星中的非径向脉动是否通过非线性耦合产生增强的质量损失事件？
• RQ2 η半人马座中观测到的高振幅周围盘活动与两个NRP模态频率差之间有何关系？
• RQ3 Štefl频率的物理起源是什么？它如何与盘动力学和质量转移相联系？
• RQ4 NRP模态、Štefl频率与质量损失爆发之间的相位关系在多大程度上与黏性盘模型一致？
• RQ5 观测到的质量转移振幅调制能否由脉动振幅的非线性叠加解释，还是需要更复杂的耦合机制？

主要发现

• 在η半人马座中，质量转移调制的振幅是两个NRP模态振幅之和的三倍，表明存在强烈的非线性耦合。
• 质量损失的调制发生在两个非径向脉动模态的频率差处，该过程驱动了观测到的高振幅周围盘活动。
• 作为长 timescale 调制观测到的Štefl频率，与NRP模态的振幅和频率变化紧密耦合，尽管具有显著漂移的相位差。
• 观测到的变异性最合理的解释是双引擎模型：恒星中为脉动驱动的引擎，周围盘中为黏性主导的引擎。
• 在恒星-盘界面处的大尺度气体环流以涡旋形式传播，其传播速率表现为Štefl频率。
• 质量损失事件期间功率谱中的爆发被解释为盘中湍流气体流固有的噪声，与VDD模型中高黏性参数一致。