[论文解读] The binary Be star $\delta$ Scorpii at high spectral and spatial resolution : II The circumstellar disk evolution after the periastron

A. Meilland, P. Stee+4 more|arXiv (Cornell University)|Jan 9, 2013

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 22被引用 5

一句话总结

本研究利用高光谱与空间分辨率的VLTI/AMBER干涉仪，追踪了双星Be星δ Scorpii在2011年近日点通过前一年与后一年的原行星盘演化。研究发现，从2010年到2012年，Brγ谱线发射的全宽半最大值（FWHM）增加了40%（从5.5 R⊙增至7.8 R⊙），表明盘的平均膨胀速度为0.20 ± 0.11 km s⁻¹，盘的非对称形态变化可能由伴星引起的潮汐相互作用导致，尽管这种非对称性在近日点后似乎‘冻结’了。

ABSTRACT

Classical Be stars are hot non-supergiant stars surrounded by a gaseous circumstellar disk that is responsible for the observed infrared (IR) excess and emission lines. The influence of binarity on these phenomena remains controversial. We followed the evolution of the environment surrounding the binary Be star $\delta$ Scorpii one year before and one year after the 2011 periastron to check for any evidence of a strong interaction between its companion and the primary circumstellar disk. We used the VLTI/AMBER spectro-interferometric instrument operating in the K band in high (12000) spectral resolution to obtain information on both the disk geometry and kinematics. Observations were carried out in two emission lines: Br$\gamma$ (2.172\,$\mu$m) and $\ion{He}{i}$ (2.056\,$\mu$m). We detected some important changes in $\delta$ Scorpii's circumstellar disk geometry between the first observation made in April 2010 and the new observation made in June 2012. During the last two years the disk has grown at a mean velocity of 0.2\,km\,s$^{-1}$. This is compatible with the expansion velocity previously found during the 2001-2007 period. The disk was also found to be asymmetric at both epochs, but with a different morphology in 2010 and 2012. Considering the available spectroscopic data showing that the main changes in the emission-line profiles occurred quickly during the periastron, it is probable that the differences between the 2010 and 2012 disk geometry seen in our interferometric data stem from a disk perturbation caused by the companion tidal effects. However, taking into account that no significant changes have occurred in the disk since the end of the 2011 observing season, it is difficult to understand how this induced inhomogeneity has been "frozen" in the disk for such a long period.

研究动机与目标

• 研究双星Be星δ Scorpii在2011年近日点通过后的原行星盘长期演化过程。
• 确定与伴星的潮汐相互作用是否在盘的几何结构与运动学特性上产生可测量的变化。
• 利用高分辨率干涉测量数据评估盘的稳定性和随时间的增长速率。
• 通过比较2010年（近日点前）与2012年（近日点后）的干涉测量观测，检测近日点后的盘演化。
• 评估潮汐力在形成观测到的发射线轮廓中非对称性方面的作用。

提出的方法

• 使用VLTI/AMBER仪器在K波段获取了高光谱分辨率（R = 12,000）的光谱干涉数据。
• 观测了两条发射线：Brγ（2.172 µm）和He i（2.056 µm），以探测盘的结构与运动学特性。
• 通过多基线与多位置角的基线覆盖及可见度/相位测量，重建盘的几何结构。
• 将轴对称开普勒盘模型拟合至干涉数据，包括盘的FWHM、等效宽度与位置角等参数。
• 将2010年4月（近日点前）与2012年6月（近日点后）的数据模型拟合结果进行比较，以检测时间演化特征。
• 利用校准星HD 139663与光程跟踪器FINITO，校正仪器与校准效应。

实验结果

研究问题

• RQ1 δ Scorpii的原行星盘在2010年至2012年间是否经历了可测量的结构变化，特别是在2011年近日点通过后？
• RQ2 盘的膨胀速率是多少？是否与黏性或喷射驱动的盘模型一致？
• RQ3 2010年与2012年观测到的盘非对称性是否由双星伴星引起的潮汐扰动所致？
• RQ4 尽管潮汐不均匀性预期会经历动力学演化，为何在光谱数据中观察到的盘非对称性似乎保持不变？
• RQ5 Brγ与He i发射线的运动学与几何特性有何差异？这些差异对盘结构有何启示？

主要发现

• δ Scorpii的原行星盘在2010年至2012年间扩大了40%，Brγ谱线发射的FWHM从5.5 ± 1.0 R⊙增至7.8 ± 0.3 R⊙。
• 盘的平均膨胀速度测定为0.20 ± 0.11 km s⁻¹，与2000–2007年间的先前测量结果一致，且符合黏性外流盘模型。
• He i线的FWHM仅增加约8%（从4.5 ± 0.5 R⊙增至4.9 ± 0.2 R⊙），表明其发射区域相比Brγ仍保持紧凑。
• 在两个观测时刻盘均呈非对称性，但2010年与2012年的形态差异显著，表明近日点后发生了结构变化。
• Rivinius等人（2012年）观测到的谱线V/R比变化在近日点附近仅持续数日，表明存在快速的潮汐扰动，可能正是由此引发了观测到的非对称性。
• 尽管近日点附近发生了快速变化，2012年的数据中未观测到盘非对称性的显著演化，表明该不均匀性可能在盘中长期‘冻结’。