ExoplaNeT accRetion mOnitoring sPectroscopic surveY (ENTROPY) - II. Time series of Balmer line profiles of Delorme 1(AB)b

技术摘要：ENTROPY II. Delorme 1(AB)b 的巴尔末谱线时间序列

问题与背景
尽管吸积过程在行星质量量级中扮演着至关重要的角色，对于行星及环绕行星盘（CPDs）的形成与演化具有决定性意义，但其吸积过程仍缺乏足够的约束。虽然在少数数十个行星质量天体（PMOs）中已探测到指示活跃吸积的发射线，但驱动这些吸积流的具体机制——即它们是源于磁圈吸积漏斗还是局部的吸积激波——尚未得到充分理解。此外，这些谱线的变率时间尺度（可为原行星探测策略提供参考）在行星质量伴星中也缺乏表征。以往针对 PDS 70 b、c 以及 GQ Lup b 等天体的研究显示了变率的存在，但在该质量量级中，进行高分辨率、多历元解析谱线轮廓的研究仍然非常稀缺。

方法论
本研究展示了对约 13 $M_{Jup}$ 的伴星 Delorme 1 (AB)b 进行的高分辨率（R ≈ 50,000）光学光谱监测实验，观测使用 VLT/UVES 仪器，涵盖了 2022 年 10 月至 2023 年 1 月期间的 31 个历元。观测波长范围为 330–680 nm，探测了从数小时到数年的变率。

数据归约与分析涉及以下几个关键技术步骤：

1. 提取与污染去除： 由于宿主双星距离较近（间距 ∼1.77″），研究开发了一个两阶段过程来减去宿主恒星的光晕。这包括对 2D 光谱迹线内的主要信号进行多高斯拟合，随后通过使用主谱图和波长相关污染因子进行后处理，以建模并去除残余的恒星污染。
2. 谱线分解： 研究并未假设高斯轮廓，而是采用了一种基于 L-BFGS-B 优化算法的自定义算法，将巴尔末发射线（从 H$\alpha$ 到 H10）分解为两个具有可变振幅的静态组分（固定形状）。采用这种经验方法是为了在不预设特定物理轮廓的情况下处理复杂的谱线形状。
3. 建模： 将分解后的谱线组分与两种理论框架进行对比：
   • 磁圈吸积模型： 使用 Thanathibodee 等人 (2019) 的漏斗流模型。
   • 激波模型： 使用 Aoyama 等人 (2018) 的吸积激波模型。
4. 紫外过剩分析： 利用局部热平衡（LTE）下的氢发射板模型对紫外连续谱过剩（低于 ∼3700 Å）进行建模，以推导吸积光度和吸积率，并将其与通过谱线通量推导的结果进行比较。

主要结果

• 探测与变率： 研究探测到了从 H$\alpha$ 到 H10 的巴尔末谱线以及可变的紫外连续谱过剩，证实了持续的吸积过程。所有谱线和紫外过剩均表现出变率。
• 两组分结构： 发射线被成功分解为两个截然不同的组分：
  • 一个宽“翼”组分，其特征为深吸收特征和延展的速度翼部（高达 ±500 km/s）。
  • 一个较窄的“核”组分，具有更对称的平台状轮廓。
• 物理起源：
  • 翼部组分与紫外过剩表现出强相关性，并能通过磁圈吸积漏斗模型得到定性重现。其轮廓特征（不对称性、宽翼部）与简单的激波模型不符。
  • 核组分与紫外过剩的相关性较弱。虽然它可以由一维吸积激波模型重现，但其轮廓与活跃的 M 型矮星相似，表明它也可能源于色球活动。
• 变率时间尺度：
  • 在小时尺度上，谱线表现出较低的相对通量变率（∼8–10%）。
  • 在数周到数年的时间尺度上，变率显著增加，达到 ∼100%。
  • 宽翼部组分表现出最高的相对变率，并且是导致谱线轮廓形状变化（特别是在 2022 年 10 月观察到的吸积爆发期间）的主要原因。较窄的核组分则驱动了大部分的绝对通量变率。
• 吸积率： 对紫外过剩的建模得出，在大多数历元中，吸积率为 $\dot{M} \approx (1–3) \times 10^{-12} M_{\odot}/yr$，而在 2022 年 10 月的爆发期间峰值为 $\sim 6.6 \times 10^{-12} M_{\odot}/yr$。这些速率与翼部组分的建模结果一致，但显著低于通过核组分激波建模得出的速率。

意义与结论
论文得出结论，宽翼部组分的特性有力地支持了 Delorme 1 (AB)b 的磁圈吸积情景，提供了第一个关于该机制在行星质量伴星中存在的解析谱线轮廓证据。核组分的起源仍具有模糊性，可能代表了吸积激波与色球活动的混合。

研究强调，尽管该天体年龄较大（30–45 Myr），但它仍保留着质量库（很可能是“彼得潘”盘）并持续进行吸积。其变率行为（以低短期变率和显著长期变化为特征）与 T Tauri 星类似。作者指出，小时尺度的中度变率可能不足以解释 H$\alpha$ 成像巡天中原行星的低探测率，这表明长期变率或其他因素可能更为相关。最后，这项工作强调了进行多历元、多波长分析对于区分行星质量天体中复杂的吸积几何结构与机制的必要性。