[论文解读] Unveiling the structure and kinematics of B[e] stars' disks from FEROS and CRIRES spectra

M. F. Muratore, W. J. de Wit+6 more|arXiv (Cornell University)|Dec 19, 2012

Astrophysics and Star Formation Studies被引用 3

一句话总结

本研究利用高分辨率FEROS（光学）和CRIRES（近红外）光谱，研究B[e]星周围原行星盘的运动学与结构。结果发现，禁线[O i]和[Ca ii]表明大多数恒星存在开普勒旋转，而CO带头则显示高速喷流或旋转，其投影速度与光学线相当——这挑战了关于盘结构的假设，并促使进一步建模线形成条件。

ABSTRACT

We are investigating the circumstellar material for a sample of B[e] stars using high spectral resolution data taken in the optical and near-infrared regions with ESO/FEROS and ESO/CRIRES spectrographs, respectively. B[e] stars are surrounded by dense disks of still unknown origin. While optical emission lines from [O I] and [Ca II] reflect the disk conditions close to the star (few stellar radii), the near-infrared data, especially the CO band emission, mirror the characteristics in the molecular part of the disk farther away from the star (several AU). Based on our high resolution spectroscopic data, we seek to derive the density and temperature structure of the disks, as well as their kinematics. This will allow us to obtain a better understanding of their structure, formation history and evolution. Here we present our preliminary results.

研究动机与目标

• 利用高分辨率光谱确定B[e]星周围原行星盘的运动学与物理结构。
• 通过分析禁线光学波段与分子CO带头，区分盘中旋转与喷流驱动的运动。
• 通过建模线的光度与轮廓，约束盘的密度与温度结构。
• 通过比较内区致密盘与外区分子区域的发射，理解B[e]星盘的形成与演化。

提出的方法

• 使用ESO 2.2米望远镜上的FEROS在La Silla获取高分辨率光学光谱（R ~ 48,000），波段覆盖3600–9200 Å。
• 使用VLT上的CRIRES获取高分辨率近红外光谱（R ~ 50,000），波段覆盖2.276–2.326 μm。
• 对光学与红外数据集均应用了大气与太阳系质心径向速度修正。
• 采用Kraus等（2000）的模型拟合CO带头轮廓，并推导投影视线速度。
• 分析[O i] 6300 Å与[Ca ii] 7291/7324 Å的双峰轮廓，推断动力学展宽机制。
• 比较禁线与CO带头的峰值间距，评估内区与外区盘运动学的一致性。

实验结果

研究问题

• RQ1 在B[e]星中，导致禁线光学发射线展宽的主导运动机制（旋转 vs. 喷流）是什么？
• RQ2 由[O i]与[Ca ii]示踪的内区盘运动学与由CO带头示踪的外部分子盘运动学相比如何？
• RQ3 从线光度与轮廓推断，原行星盘中温度与密度的空间分布是怎样的？
• RQ4 尽管CO形成于更大半径处，为何CO带头速度与光学禁线速度相当或更高？

主要发现

• [Ca ii] 7291与7324 Å线的峰值间距为30–94 km s⁻¹，表明显著的动力学展宽，与旋转或喷流一致。
• 对于CPD-52 9243，[Ca ii]与[O i]线轮廓表明存在赤道喷流，而其他恒星的运动学更符合开普勒旋转。
• 近红外CO带头发射的投影速度（v_los）高达150 km s⁻¹，与光学线宽相当。
• CO带头轮廓最符合旋转或喷流模型，分子环可能位于比气态盘更远的半径处。
• 光学与红外线速度尺度的相似性出人意料，因为CO形成于更远离恒星的位置，提示可能存在双喷流结构，或因观测历元差异导致的观测偏差。
• [Ca ii]线可能形成于比[O i]线更高密度且更靠近恒星的位置，如Aret等（2012）所建议，支持分层盘结构。