[论文解读] The planets capture model of V838 Monocerotis: conclusions for the penetration depth of the planet/s

A. Retter, Bing Zhang+2 more|May 22, 2006

Stellar, planetary, and galactic studies被引用 8

一句话总结

本文研究了行星捕获模型，以解释V838 Monocerotis的多阶段出气现象，提出光学光变曲线中的三个峰值源于行星的依次消耗或单颗行星下落的多个阶段。通过光度与上升时间分析，估算行星在距离恒星中心约一个太阳半径处被停止，该结果在多种独立方法间表现出高度一致性，支持行星吞噬模型作为解释此次爆发能量释放与光变曲线形态的可行方案。

ABSTRACT

V838 Mon is the prototype of a new class of objects. Understanding the nature of its multi-stage outburst and similar systems is challenging. So far, several scenarios have been invoked to explain this group of stars. In this work, the planets-swallowing model for V838 Mon is further investigated, taking into account the findings that the progenitor is most likely a massive B type star. We find that the super-Eddington luminosity during the eruption can explain the fast rising times of the three peaks in the optical light curve. We used two different methods to estimate the location where the planets were consumed. There is a nice agreement between the values obtained from the luminosities of the peaks and from their rising time scale. We estimate that the planets were stopped at a typical distance of one solar radius from the center of the host giant star. The planets-devouring model seems to give a satisfying explanation to the differences in the luminosities and rising times of the three peaks in the optical light curve of V838 Mon. The peaks may be explained by the consumption of three planets or alternatively by three steps in the terminal falling process of a single planet. We argue that only the binary merger and the planets-swallowing models are consistent with the observations of the new type of stars defined by V838 Mon.

研究动机与目标

• 确定行星在V838 Monocerotis中被大质量B型巨星捕获并消耗时的穿透深度。
• 检验行星吞噬模型是否能一致地解释光学光变曲线中三个显著峰值的光度与上升时间。
• 将行星捕获模型与双星并合等替代模型进行对比，重点分析能量释放与观测一致性。
• 在考虑喷射物质质量估计值与爆发后包层特性的基础上，评估行星吞噬模型的可行性。

提出的方法

• 作者分析V838 Mon的光学光变曲线，重点关注三个主要峰值及其持续数天的上升时间。
• 通过假设行星在距离恒星中心半径r处被消耗，利用引力势能释放估算行星下落过程中的能量释放。
• 应用洛希瓣几何模型估算行星可被潮汐撕裂并捕获的最大半径。
• 采用两种独立方法交叉验证穿透深度：峰值光度与光变曲线特征的上升时间。
• 将模型预测的能量输出与观测到的光度及包层质量进行比较，同时考虑恒星参数与喷射物质量的不确定性。
• 评估该模型与观测约束的一致性，包括爆发后半径（约1,570 R☉）、低喷射物质量估计值（约0.04 M☉），以及缺乏强分子发射的观测事实。

实验结果

研究问题

• RQ1 在V838 Mon中，行星在捕获与消耗过程中通常在距离恒星中心多远的位置被停止？
• RQ2 V838 Mon光变曲线中三个光学峰值的光度与上升时间能否由一颗或多颗行星的吸积过程一致解释？
• RQ3 在能量预算与观测一致性方面，行星吞噬模型与双星并合模型相比如何？
• RQ4 喷射包层的估计质量是多少？其对行星捕获模型的可行性有何影响？
• RQ5 爆发期间观测到的超爱丁顿光度是否足以解释光变曲线峰值的快速上升时间？

主要发现

• 基于峰值光度与上升时间分析的双重一致估算，行星在距离主恒星中心约一个太阳半径（1 R☉）处被停止。
• 三个光学峰值的上升时间（每个仅持续数天）与行星下落过程中引力能释放所预期的超爱丁顿光度一致。
• 洛希瓣几何模型支持行星在约1 R☉半径处被撕裂并消耗的结论，与光度及 timescale 估算结果一致。
• 模型将峰值光度与上升时间的差异解释为不同下落半径或单颗行星下落的多个阶段所致，而非独立事件。
• Tylenda（2005）估算的包层质量约0.2 M☉存在较大不确定性，若恒星半径存在两倍误差，该质量可降低八倍，因此与行星捕获模型一致。
• 仅双星并合与行星吞噬模型与全部观测数据一致，二者均涉及次级质量的吸积，但所吸积天体的性质与质量不同。