[论文解读] The binary Be star $δ$ 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 23被引用 5

一句话总结

利用高光谱和高空间分辨率的VLTI/AMBER干涉测量，本研究追踪了双星Be星δ Scorpii在2011年近日点通过前一年和后一年的周围盘结构。研究发现，从2010年到2012年，盘面以平均0.2 km s⁻¹的速度扩张，其非对称形态在不同观测 epoch 间发生变化，可能由伴星引起的潮汐扰动所致，尽管光谱轮廓未再发生显著变化，这种非对称性在时间上似乎‘冻结’。

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 $δ$ 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$γ$ (2.172\,$μ$m) and $\ion{He}{i}$ (2.056\,$μ$m). We detected some important changes in $δ$ 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δ Scorpii在2011年近日点通过期间周围盘的演化过程。
• 确定与双星伴星的潮汐相互作用是否显著改变盘的几何结构与运动学特性。
• 利用干涉测量与光谱数据评估盘的长期稳定性和增长速率。
• 理解观测到的盘结构非对称性的起源及其在近日点后的持久性。

提出的方法

• 使用VLTI/AMBER在K波段进行高光谱分辨率（12,000）的光谱干涉测量，以探测盘的几何结构与运动学特性。
• 观测Brγ（2.172 μm）和He I（2.056 μm）发射线，以分析盘的结构与速度场。
• 测量差分可见度、差分相位与闭合相位，以重建非对称盘的形态。
• 对比2010年（近日点前）与2012年（近日点后）的数据，追踪盘的演化与增长。
• 假设盘的运动学为开普勒旋转与黏性扩张，对模型进行拟合以推导扩张速度。
• 利用Rivinius等人（2012年）的光谱数据，约束盘结构变化相对于近日点的时间关系。

实验结果

研究问题

• RQ1 近日点通过是否在δ Scorpii的周围盘结构中诱导了可测量的变化？
• RQ2 2010年至2012年间盘的扩张速率是多少？该速率是否与黏性或喷射盘模型一致？
• RQ3 尽管光谱轮廓无显著变化，为何2010年与2012年的盘呈现不同的非对称形态？
• RQ4 2012年观测到的持久非对称性起源为何？其与伴星潮汐相互作用有何关联？
• RQ5 尽管存在长期存在的非对称性，为何V/R轮廓从2011年7月至2012年6月间几乎保持不变？

主要发现

• δ Scorpii的周围盘在2010年4月至2012年6月期间，以平均0.20 ± 0.11 km s⁻¹的速度扩张，与2000–2007年间的先前测量结果一致。
• Brγ发射线区域扩大了约40%，对应增加2.3 ± 1.3 R⋆，而He I线在测量不确定度内仅增长8%。
• 在两个观测 epoch 中盘均呈非对称，但形态特征不同，表明近日点后发生了结构变化。
• 2012年观测到的非对称性可能源于双星伴星的潮汐扰动，因光谱数据表明主要变化发生在近日点附近。
• 尽管非对称性起源于潮汐作用，但在2011年7月至2012年6月间，盘结构与V/R轮廓未见进一步演化或进动，表明该非对称性在空间中‘冻结’。
• Brγ线对对称模型的拟合效果劣于He I线，可能是因为潮汐作用对Brγ形成区域（低激发、外盘区域）的影响更大。