1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Астрономический журнал
  4. T. 100, № 12, 2023

Астрономический журнал, 2023, T. 100, № 12, стр. 1267-1285

Вспышки светимости во взаимодействующих протопланетных системах

А. М. Скляревский 1, *, Э. И. Воробьев 2

1 Южный федеральный университет
Ростов-на-Дону, Россия

2 Уральский федеральный университет
Екатеринбург, Россия

* E-mail: sklyarevskiy@sfedu.ru

Поступила в редакцию 16.07.2023
После доработки 25.08.2023
Принята к публикации 19.09.2023

Аннотация

Объекты типа FU Ориона (фуоры) характеризуются короткими (десятки или сотни лет) эпизодическими вспышками, во время которых светимость растет на порядки величины. Возможной причиной таких вспышек могут являться тесные сближения звезд и протопланетных дисков. Численные расчеты показывают, что для генерации вспышки с характеристиками, близкими к фуорам, требуется достаточно близкий пролет, с периастром от нескольких а.е. до нескольких десятков а.е. Однако звездные объекты в фуорах, представляющих собой двойные системы (включая непосредственно FU Ориона), обычно разнесены на сотни а.е. Простые математические оценки показывают, что с такими параметрами компоненты двойной системы должны двигаться на порядок величины быстрее наблюдаемой дисперсии скоростей в молодых звездных скоплениях. Таким образом, вспышки светимости либо инициируются с некоторой временнóй задержкой, либо для инициации вспышки такие тесные сближения не требуются и всплеск светимости происходит не за счет первичного гравитационного возмущения в протопланетном диске. В работе использовалось численное гидродинамическое моделирование столкновения системы, состоящей из звезды, окруженной протопланетным диском, и бездискового внешнего звездного объекта. Показано, что к вспышкам светимости могут приводить даже пролеты с большим периастром порядка 500 а.е., при этом задержка между прохождением периастра и непосредственно вспышкой может достигать нескольких тысяч лет. Впервые показано посредством численного моделирования, что возмущение центрального диска, вызванное гравитационным воздействием пролетающего внешнего объекта, может запускать каскадный процесс, во время которого сначала развивается тепловая неустойчивость во внутреннем диске, а затем магниторотационная. Вследствие поочередного развития этих неустойчивостей возникает резкий рост темпа аккреции вещества на звезду, также выражающийся в повышении светимости более чем на 2 порядка величины.

Ключевые слова: астрофизика, протозвездные диски, протопланетные диски, вспышки светимости

Список литературы

  1. M. Audard, P. Árahám, M. M. Dunham, J. D. Green, et al., in Protostars and Planets VI, edited by H. Beuther, R. S. Klessen, C. P. Dullemond, and T. Henning (Tucson: University of Arizona Press, 2014), p. 387, arXiv:1401.3368 [astro-ph.SR].

  2. T. Magakian, T. Movsessian, and H. Andreasyan, Acta Astrophys. Taurica 3 (3), 4 (2022).

  3. S. J. Kenyon, in The Origin of Stars and Planetary Systems, edited by C. J. Lada and N. D. Kylafis, NATO ASI Ser. C 540, 613 (1999), arXiv:astro-ph/9904035.

  4. E. I. Vorobyov and S. Basu, Astrophys. J. 805, id. 115 (2015), arXiv:1503.07888 [astro-ph.SR].

  5. A. Mercer and D. Stamatellos, Monthly Not. Roy. Astron. Soc. 465, 2 (2017), arXiv:1610.08248 [astro-ph.EP].

  6. E. I. Vorobyov, Y. N. Pavlyuchenkov, and P. Trinkl, -Astron. Rep. 58, 522 (2014).

  7. E. I. Vorobyov, V. G. Elbakyan, M. Takami, and H. B. Liu, Astron. and Astrophys. 643, id. A13 (2020), ar-Xiv:2009.01888 [astro-ph.SR].

  8. R. Visser, E. A. Bergin, and J. K. Jørgensen, Astron. and Astrophys. 577, id. A102 (2015), arXiv:1503.04951 [astro-ph.SR].

  9. C. Rab, V. Elbakyan, E. Vorobyov, M. Güdel, et al., A-stron. and Astrophys. 604, id. A15 (2017), arXiv:1705.03946 [astro-ph.SR].

  10. T. Molyarova, V. Akimkin, D. Semenov, P. Árahám, T. Henning, Á. Kóspál, E. Vorobyov, and D. Wiebe, Astrophys. J. 866, id. 46 (2018), arXiv:1809.01925 [astro-ph.EP].

  11. D. S. Wiebe, T. S. Molyarova, V. V. Akimkin, E. I. Vorobyov, and D. A. Semenov, Monthly Not. Roy. Astron. Soc. 485, 1843 (2019), arXiv:1902.07475 [astro-ph.EP].

  12. E. I. Vorobyov, I. Baraffe, T. Harries, and G. Chabrier, Astron. and Astrophys. 557, id. A35 (2013), arXiv:1307.2271 [astro-ph.SR].

  13. A. Banzatti, P. Pinilla, L. Ricci, K. M. Pontoppidan, T. Birnstiel, and F. Ciesla, Astrophys. J. Letters 815, id. L15 (2015), arXiv:1511.06762 [astro-ph.EP].

  14. D. Schoonenberg and C. W. Ormel, Astron. and Astrophys. 602, id. A21 (2017), arXiv:1702.02151 [astro-ph.EP].

  15. E. I. Vorobyov, A. M. Skliarevskii, T. Molyarova, V. Akim-kin, et al., Astron. and Astrophys. 658, id. A191 (2022), arXiv:2112.06004 [astro-ph.EP].

  16. E. I. Vorobyov, V. G. Elbakyan, H. B. Liu, and M. Takami, Astron. and Astrophys. 647, id. A44 (2021), arXiv:2101.01596 [astro-ph.SR].

  17. M. S. Connelley and B. Reipurth, Astrophys. J. 861, id. 145 (2018), arXiv:1806.08880 [astro-ph.SR].

  18. P. J. Armitage, M. Livio, and J. E. Pringle, Monthly Not. Roy. Astron. Soc. 324, 705 (2001), arXiv:astro-ph/0101253.

  19. E. I. Vorobyov, S. Khaibrakhmanov, S. Basu, and M. Audard, Astron. and Astrophys. 644, id. A74 (2020), arXiv:2011.00951 [astro-ph.SR].

  20. E. I. Vorobyov and S. Basu, Astrophys. J. 719, 1896 (2010), arXiv:1007.2993 [astro-ph.SR].

  21. M. Küffmeier, S. Frimann, S. S. Jensen, and T. Haugbølle, Monthly Not. Roy. Astron. Soc. 475, 2642 (2018), arXiv:1710.00931 [astro-ph.SR].

  22. C. P. Dullemond, M. Küffmeier, F. Goicovic, M. Fukagawa, V. Oehl, and M. Kramer, Astron. and Astrophys. 628, id. A20 (2019), arXiv:1911.05158 [astro-ph.EP].

  23. T. V. Demidova and V. P. Grinin, Astrophys. J. 953 (1), id. 38 (2023), arXiv:2308.04936 [astro-ph.SR].

  24. S. Nayakshin and G. Lodato, Monthly Not. Roy. Astron. Soc. 426, 70 (2012), arXiv:1110.6316 [astro-ph.EP].

  25. K. R. Bell and D. N. C. Lin, Astrophys. J. 427, 987 (1994), arXiv:astro-ph/9312015.

  26. L. A. Maksimova, Y. N. Pavlyuchenkov, and A. V. Tutukov, Astron. Rep. 64, 815 (2020), arXiv:2009.07750 [astro-ph.SR].

  27. I. Bonnell and P. Bastien, Astrophys. J. Letters 401, L31 (1992).

  28. R. Dong, H. B. Liu, N. Cuello, C. Pinte, et al., Nature Astron. 6, 331 (2022), arXiv:2201.05617 [astro-ph.SR].

  29. T. L. Beck and C. Aspin, Astron. J. 143 (3), id. 55 (2012).

  30. S. Pérez, A. Hales, H. B. Liu, Z. Zhu, et al., Astrophys. J. 889, id. 59 (2020), arXiv:1911.11282 [astro-ph.EP].

  31. E. M. A. Borchert, D. J. Price, C. Pinte, and N. Cuello, Monthly Not. Roy. Astron. Soc. 510, L37 (2022), arXiv:2111.12723 [astro-ph.GA].

  32. N. Cuello, F. Ménard, and D. J. Price, European Phys. J. Plus 138, 11 (2023), arXiv:2207.09752 [astro-ph.EP].

  33. H. B. Liu, E. I. Vorobyov, R. Dong, M. M. Dunham, et al., Astron. and Astrophys. 602, id. A19 (2017), arXiv:1701.06531 [astro-ph.SR].

  34. E. I. Vorobyov, V. Akimkin, O. Stoyanovskaya, Y. Pavlyuchenkov, and H. B. Liu, Astron. and Astrophys. 614, id. A98 (2018), arXiv:1801.06898 [astro-ph.EP].

  35. O. P. Stoyanovskaya, F. A. Okladnikov, E. I. Vorobyov, Y. N. Pavlyuchenkov, and V. V. Akimkin, Astron. Rep. 64, 107 (2020), arXiv:2102.09155 [astro-ph.EP].

  36. T. Molyarova, E. I. Vorobyov, V. Akimkin, A. Skliarevskii, D. Wiebe, and M. Güdel, Astrophys. J. 910, id. 153 (2021), arXiv:2103.06045 [astro-ph.EP].

  37. C. B. Henderson, Amer. Inst. Aeronautics and Astronautics J. 14, 707 (1976).

  38. N. I. Shakura and R. A. Sunyaev, Astron. and Astrophys. 24, 337 (1973).

  39. J. S. Dohnanyi, J. Geophys. Res. 74, 2531 (1969).

  40. C. F. Gammie, Astrophys. J. 457, 355 (1996).

  41. J. Bae, L. Hartmann, Z. Zhu, and R. P. Nelson, Astrophys. J. 795, id. 61 (2014), arXiv:1409.3891 [astro-ph.SR].

  42. K. Kadam, E. Vorobyov, Z. Regály, Á. Kóspál, and P. Ab-rahám, Astrophys. J. 882, id. 96 (2019), arXiv:1908.02515 [astro-ph.SR].

  43. E. I. Vorobyov, M. E. Steinrueck, V. Elbakyan, and M. Guedel, Astron. and Astrophys. 608, id. A107 (2017), arXiv:1708.07166 [astro-ph.SR].

  44. E. M. A. Borchert, D. J. Price, C. Pinte, and N. Cuello, Monthly Not. Roy. Astron. Soc. 517, 4436 (2022), arXiv:2210.01143 [astro-ph.SR].

  45. Z. Regály and E. Vorobyov, Monthly Not. Roy. Astron. Soc. 471, 2204 (2017), arXiv:1709.08334 [astro-ph.SR].

  46. K. Kadam, E. Vorobyov, Z. Regály, Á. Kóspál, and P. Ab-rahám, Astrophys. J. 895, id. 41 (2020), arXiv:2005.03578 [astro-ph.SR].

  47. E. I. Vorobyov, V. G. Elbakyan, A. Johansen, M. Lambrechts, A. M. Skliarevskii, and O. P. Stoyanovskaya, A-stron. and Astrophys. 670, id. A81 (2023), arXiv:2212.01023 [astro-ph.EP].

  48. A. Labdon, S. Kraus, C. L. Davies, A. Kreplin, et al., A-stron. and Astrophys. 646, id. A102 (2021), arXiv:2011.07865 [astro-ph.SR].

  49. F. Lykou, P. Ábrahám, L. Chen, J. Varga, et al., Astron. and Astrophys. 663, id. A86 (2022), arXiv:2205.10173 [astro-ph.SR].

  50. L. Hartmann, Accretion Processes in Star Formation (Cambridge, UK; New York: Cambridge University Press, 1998).

  51. A. M. Skliarevskii, Y. N. Pavlyuchenkov, and E. I. Vorobyov, Astron. Rep. 65, 170 (2021), arXiv:2104.10787 [astro-ph.EP].

  52. E. Kawazoe and S. Mineshige, Publ. Astron. Soc. Japan 45, 715 (1993).

  53. P. D’Alessio, Ph.D. thesis, UNAM’s Institute of Astronomy (1996).

  54. R. Dong, E. Vorobyov, Y. Pavlyuchenkov, E. Chiang, and H. B. Liu, Astrophys. J. 823, id. 141 (2016), arXiv:1603.01618 [astro-ph.SR].

  55. K. Zhang, G. A. Blake, and E. A. Bergin, Astrophys. J. Letters 806, id. L7 (2015), arXiv:1505.00882 [astro-ph.EP].

  56. P. Pinilla, A. Pohl, S. M. Stammler, and T. Birnstiel, A-strophys. J. 845, id. 68 (2017), arXiv:1707.02321 [astro-ph.EP].

  57. G. Picogna and W. Kley, Astron. and Astrophys. 584, id. A110 (2015), arXiv:1510.01498 [astro-ph.EP].

  58. R. Dong, Z. Zhu, and B. Whitney, Astrophys. J. 809, id. 93 (2015), arXiv:1411.6063 [astro-ph.EP].

  59. N. Dzyurkevich, M. Flock, N. J. Turner, H. Klahr, and T. Henning, Astron. and Astrophys. 515, id. A70 (2010), arXiv:1002.2521 [astro-ph.SR].

  60. M. Flock, J. P. Ruge, N. Dzyurkevich, T. Henning, H. Klahr, and S. Wolf, Astron. and Astrophys. 574, id. A68 (2015), arXiv:1411.2736 [astro-ph.EP].

  61. K. Kadam, E. Vorobyov, and S. Basu, Monthly Not. Roy. Astron. Soc. 516, 4448 (2022), arXiv:2208.12105 [astro-ph.EP].

  62. D. Forgan and K. Rice, Monthly Not. Roy. Astron. Soc. 402, 1349 (2010), arXiv:0911.0531 [astro-ph.SR].

  63. C. J. Clarke and J. E. Pringle, Monthly Not. Roy. Astron. Soc. 249, 584 (1991).

  64. G. Bourdarot, J.-P. Berger, G. Lesur, K. Perraut, et al., arXiv:2304.13414 [astro-ph.SR] (2023).

  65. K. Kadam, E. Vorobyov, and Á. Kóspál, Astrophys. J. 909, id. 31 (2021), arXiv:2101.05764 [astro-ph.SR].

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Астрономический журнал

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал