[论文解读] The accretion dynamics of EX Lupi in quiescence:The star, the spot, and the accretion column

A. Sicilia‐Aguilar, Min Fang+6 more|arXiv (Cornell University)|May 29, 2015

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 76被引用 17

一句话总结

该论文提出，EX Lupi 光谱线中的径向速度调制是由稳定吸积柱引起的旋转调制、波长相关的消光效应所致，而非来自一颗近距离的伴星。基于5年连续的准平静期光谱观测，研究发现宽发射成分追踪着旋转的、非轴对称的吸积结构，而窄成分则形成于激波后区域，其速度偏移因消光引起的连续谱畸变而模拟出伴星信号的特征。

ABSTRACT

EX Lupi is a young star, prototype of EXor variables. Its spectrum is very rich in emission lines, including many metallic lines. It has been also proposed to have a close companion. We use the metallic emission lines to study the accretion structures and to test the companion hypothesis. We analyse 54 spectra taken in 5 years of quiescence time. We study the line profile variability and the radial velocity of the metallic emission lines. We use the velocity signatures of different species with various excitation conditions and their time dependency to track the dynamics associated to accretion. We observe periodic velocity variations in the line components consistent with rotational modulation. The modulation is stronger for lines with higher excitation potentials. We propose that the narrow line components are produced in the post-shock region, while the broad components originate in the more extended, pre-shock material. All the emission lines suffer velocity modulation due to the rotation of the star. The broad components are responsible for the line-dependent veiling observed in EX Lupi. Rotationally-modulated line-dependent veiling can explain the radial velocity signatures, making the close-in companion hypothesis unnecessary. The accretion structure is locked to the star and very stable during the 5 years of observations. Not all stars with similar spectral types and accretion rates show the same metallic emission lines, maybe related to differences in temperature and density in their accretion structure(s). The contamination of photospheric lines by accretion processes can be turned into a very useful tool to determine the innermost details of the accretion channels in the proximities of the star. Emission lines from very stable accretion columns will nevertheless be a very strong limitation for the detection of companions by radial velocity in young stars. (Abridged)

研究动机与目标

• 确定 EX Lupi 恒星光球吸收线中径向速度调制的起源，这些调制此前被归因于一颗近距离伴星。
• 利用金属发射线轮廓研究 EX Lupi 在准平静期的吸积动力学结构。
• 检验来自旋转吸积柱的波长相关消光效应是否能模拟出类恒星伴星的径向速度信号。
• 理解年轻吸积恒星（如 EX Lupi）中吸积结构的稳定性和几何形态。
• 评估此类吸积特征对在年轻、活动性强的恒星中通过径向速度法探测系外行星的影响。

提出的方法

• 分析过去5年在准平静期收集的54组高分辨率 EX Lupi 光谱观测数据。
• 测量具有不同激发电位的金属发射线中的径向速度变化，以追踪温度和密度的分层结构。
• 比较谱线轮廓中的宽发射成分（BC）和窄发射成分（NC），以推断吸积流的空间与动力学结构。
• 建模消光效应：来自旋转吸积柱的波长相关消光会扭曲连续谱，从而在光球线中产生表观的径向速度偏移。
• 利用不同激发电位元素的谱线速度调制模式，约束吸积结构的几何形态与稳定性。
• 应用旋转调制分析方法，以区分由伴星引起的信号与由吸积引起的特征。

实验结果

研究问题

• RQ1 EX Lupi 光球线中的径向速度调制能否由吸积相关过程解释，而非由恒星伴星引起？
• RQ2 在准平静期，金属发射线中宽成分与窄成分的动力学起源是什么？
• RQ3 不同激发电位的发射线速度变化如何约束吸积柱的几何形态与温度结构？
• RQ4 来自旋转吸积柱的波长相关消光在多大程度上能模拟出近距离伴星的径向速度信号？
• RQ5 该吸积结构在多年时间尺度上是否保持稳定？这又对吸积通道的调控机制意味着什么？

主要发现

• 光球吸收线中的径向速度调制是由稳定吸积柱引起的旋转调制、波长相关的消光效应所致，而非伴星。
• 宽发射成分（BC）起源于旋转的、非轴对称的、激波前的吸积结构，其速度变化达数十至数百 km/s。
• 窄发射成分（NC）形成于激波后区域，仅表现出数 km/s 的缓慢下落速度。
• 激发电位较高的谱线表现出更强的旋转调制，表明其形成于更热、更致密的区域，靠近吸积激波。
• 该吸积结构在5年内保持稳定，表明其长期受磁场或盘驱动机制调控。
• 稳定且持久的吸积柱的存在严重限制了通过径向速度方法在年轻吸积恒星中探测伴星的可能性。