[论文解读] Spectroscopic diagnostics for circumstellar disks of B[e] supergiants

M. Kraus|arXiv (Cornell University)|Oct 17, 2016

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 1被引用 5

一句话总结

本文通过光谱学证据表明，B[e]超巨星周围的包层盘并非连续外流，而是由多个稳定、开普勒运动的气体和尘埃环组成。高分辨率的光学与红外光谱揭示了CO、[O i]和[Ca ii]发射线呈现团块状、环状结构，挑战了经典的外流盘模型，并暗示脉动驱动的质量抛射是其形成机制。

ABSTRACT

B[e] supergiants (B[e]SGs) are emission-line objects, presumably in a short-lived phase in the post-main sequence evolution of massive stars. Their intense infrared excess emission indicates large amounts of warm circumstellar dust, and the stars were longtime assumed to possess an aspherical wind consisting of a classical line-driven wind in polar direction and a dense, slow equatorial wind dubbed outflowing disk. The general properties obtained for these disks are in line with this scenario, although current theories have considerable difficulties reproducing the observed quantities. Therefore, more sophisticated observational constraints are needed. These follow from combined optical and infrared spectroscopic studies, which delivered the surprising result that the circumstellar material of B[e]SGs is concentrated in multiple rings revolving the stars on stable Keplerian orbits. Such a scenario requires new ideas for the formation mechanism, in which pulsations might play an important role.

研究动机与目标

• 使用高分辨率光谱学重新评估B[e]超巨星包层盘的结构。
• 解决理论模型与观测盘特性之间长期存在的矛盾。
• 研究包层环境中多个稳定环状结构的起源。
• 评估恒星脉动在形成这些结构中的作用，尤其是在缺乏密近伴星的情况下。
• 通过重新分析光谱数据，纠正以往研究中对旋转速度（v sin i）的过高估计。

提出的方法

• 对B[e]超巨星进行高分辨率光学与近红外光谱观测，分析禁线与分子发射线。
• 利用CO第一泛音带发射作为恒星附近高温、高密度分子气体的示踪。
• 分析[O i]与[Ca ii]禁线，以研究包层物质的动力学与空间分布。
• 对比多个历元的谱线轮廓，检测发射区域的变异性并推断其不均匀性。
• 使用多个分离的环模型而非单一连续盘模型来拟合观测数据。
• 对选定天体应用空间分辨的积分场单元K波段成像，以确认团块状环状结构的存在。

实验结果

研究问题

• RQ1 B[e]超巨星包层物质的真实空间结构是连续盘还是离散环？
• RQ2 为何CO、[O i]和[Ca ii]发射线轮廓需要多个物理上分离的环才能准确拟合？
• RQ3 何种物理机制可能产生并维持大质量恒星周围的多个稳定开普勒环？
• RQ4 观测到的CO变异性（如HD 327083、LHA 115-S 65）如何与瞬时质量抛射或脉动事件相关联？
• RQ5 由于对盘几何与运动学的错误假设，以往对B[e]超巨星v sin i的测量在多大程度上被高估？

主要发现

• 高分辨率光谱学显示，B[e]超巨星中CO、[O i]和[Ca ii]发射源自至少两个物理上分离的、独立的环，而非连续盘。
• HD 327083中CO带发射在一个月内发生显著变化，表明分子气体中存在快速的非均匀性或动态变化。
• LHA 115-S 65在2011年10月首次检测到CO带发射，此前未被探测到，表明可能由爆发触发的质量抛射事件所致。
• 大麦哲伦云中的恒星LHA 120-S 35在两年内CO强度变化了两倍，而LHA 120-S 73在2004至2010年间表现出CO强度的部分恢复。
• 对MWC 137的空间分辨K波段成像确认了多个团块状分子环结构的存在，支持环模型。
• 对v sin i值的重新分析表明，以往估计值可能因对盘几何与运动学的错误假设而被显著高估。