Magnetospheric Accretion and Out3low Activity in Brown - PowerPoint PPT Presentation

Magnetospheric ¡Accretion ¡ and ¡Out3low ¡Activity ¡in ¡ Brown ¡Dwarfs ¡ Basmah ¡Riaz ¡ Uni. ¡of ¡Her2ordshire ¡ Brown ¡Dwarfs ¡Come ¡of ¡Age, ¡Fuerteventura, ¡Canary ¡Islands, ¡May ¡20-­‑24, ¡2013 ¡

Magnetospheric ¡Accretion ¡model ¡ • Model ¡originally ¡proposed ¡for ¡ neutron ¡stars ¡(Ghosh ¡& ¡Lamb ¡1979), ¡ applied ¡to ¡CTTS ¡by ¡Uchida ¡et ¡al. ¡ (1985), ¡Bertout ¡et ¡al. ¡(1988). ¡ • Inner ¡region ¡main ¡site ¡of ¡different ¡ phenomenon ¡ • Circumstellar ¡disk ¡disrupted ¡by ¡ magnetosphere, ¡accreNng ¡material ¡ channeled ¡onto ¡star ¡along ¡mag ¡lines, ¡ accreNon ¡shock ¡formed ¡at ¡impact ¡ region, ¡ou2lows ¡launched ¡exterior ¡ to ¡disk ¡truncaNon ¡point ¡ • Blue/UV ¡conNnuum ¡excess ¡emission ¡ from ¡hot ¡acc. ¡shock, ¡broad ¡emission ¡ lines ¡in ¡gas ¡flows, ¡forbidden ¡ emission ¡lines ¡in ¡ou2low/jet ¡ Hartmann ¡(2000) ¡ ObservaNonal ¡evidence ¡of ¡these ¡processes ¡confirmed ¡in ¡T ¡Tauri ¡stars ¡(>0.5 ¡Msun), ¡ with ¡mass ¡accreNon ¡rates ¡found ¡to ¡be ¡10 -­‑8 ¡– ¡10 -­‑11 ¡Msun/yr ¡(Gullbring ¡et ¡al. ¡1998; ¡ 2000; ¡White ¡& ¡Basri ¡2003; ¡Calvet ¡et ¡al. ¡2000; ¡White ¡& ¡Ghez ¡2001; ¡Muzerolle ¡et ¡al. ¡ 1998; ¡2001) ¡

Accretion ¡at ¡the ¡sub-­‑stellar ¡limit ¡ • First ¡confirmed ¡detecNon ¡of ¡accreNon ¡acNvity ¡in ¡a ¡BD ¡by ¡Muzerolle ¡et ¡al. ¡(2000) ¡ Taurus ¡BD ¡V410 ¡Anon ¡13 ¡(~0.04 ¡– ¡0.06 ¡Msun) ¡ ¡ • Hα ¡profile ¡– ¡broad, ¡asymmetric, ¡10% ¡width=250 ¡km/s, ¡consistent ¡with ¡CTTS. ¡Non-­‑ accretors ¡have ¡narrow, ¡symmetric ¡profiles ¡with ¡10% ¡width ¡of ¡~100km/s. ¡ • Magnetospheric ¡acc. ¡model ¡– ¡Mass ¡accreNon ¡rate ¡~ ¡5x10 -­‑12 ¡Msun/yr ¡ à ¡3 ¡orders ¡of ¡ magnitude ¡smaller ¡than ¡typical ¡rate ¡for ¡0.5Msun ¡star. ¡ • Low ¡accreNon ¡rate ¡=> ¡lack ¡of ¡opNcal ¡veiling ¡or ¡excess ¡conNnuum ¡produced ¡at ¡ accreNon ¡shocks. ¡ ¡ • Modeling ¡of ¡accreNon ¡shocks ¡-­‑> ¡energy ¡flux ¡and ¡surface ¡coverage ¡<10 -­‑3 ¡smaller ¡than ¡ typical ¡CTTS ¡

Accretion ¡in ¡sub-­‑stellar ¡objects ¡ • Larger ¡surveys ¡conducted ¡of ¡BDs ¡in ¡Taurus, ¡IC ¡348, ¡σ ¡Ori, ¡ρ ¡Oph, ¡Upper ¡Sco ¡regions ¡ (Muzerolle ¡et ¡al. ¡2003; ¡2005) ¡ • Modeling ¡of ¡Hα ¡profile ¡-­‑> ¡Acc. ¡rate ¡in ¡the ¡range ¡of ¡10 -­‑9.3 ¡– ¡10 -­‑12 ¡Msun/yr ¡ • Accretors ¡also ¡show ¡Hβ, ¡Hγ, ¡HeIλ5876, ¡CaII ¡IRT ¡emission ¡ • Insignificant ¡conNnuum ¡veiling, ¡(F ex /F ph ) ¡< ¡0.2. ¡Measurable ¡veiling ¡produced ¡when ¡ acc. ¡rate ¡> ¡10 -­‑10 ¡Msun/yr ¡

Accretor/Non-­‑accretor ¡threshold ¡ Barrado ¡& ¡MarNn ¡2003 ¡ White ¡& ¡Basri ¡2003 ¡ • BM03: ¡saturaNon ¡limit ¡ log ¡[ L (Hα)/ L (bol)] ¡ = ¡-­‑3.3 ¡(av. ¡in ¡young ¡clusters), ¡converted ¡ to ¡Hα ¡EW ¡for ¡different ¡SpT ¡ Muzerolle ¡et ¡al. ¡2003 ¡ • LimiNng ¡EW ¡increases ¡for ¡later ¡types ¡-­‑> ¡ same ¡Hα ¡flux ¡prominent ¡against ¡cooler ¡ photosphere ¡(contrast ¡effect) ¡ • WB03: ¡Full ¡width ¡of ¡Hα ¡line ¡at ¡10% ¡of ¡ peak ¡≥270 ¡km/s, ¡regardless ¡of ¡SpT ¡ • M03: ¡Lack ¡of ¡veiling ¡-­‑> ¡lower ¡cutoff ¡10% ¡ width ¡≥200 ¡km/s ¡

Other ¡Accretion ¡Indicators ¡ Naua ¡et ¡al. ¡2004 ¡ • Naua ¡et ¡al. ¡(2004) ¡– ¡search ¡for ¡BD ¡accretors ¡in ¡ρ ¡Oph ¡ • 70% ¡targets ¡with ¡Hα ¡also ¡show ¡Paβ ¡emission; ¡20% ¡show ¡Brγ ¡emission ¡ • CorrelaNon ¡bet. ¡Paβ ¡luminosity ¡and ¡Lacc ¡(Hα) ¡observed ¡in ¡CTTS ¡extends ¡to ¡BDs ¡ • L(Paβ) ¡also ¡a ¡good ¡measure ¡of ¡Lacc ¡

Other ¡Accretion ¡Indicators ¡ Mohanty ¡et ¡al. ¡2005 ¡ • Mohanty ¡et ¡al. ¡(2005): ¡Ca ¡II ¡λ8662 ¡emission ¡ detected ¡in ¡~80% ¡of ¡accretors ¡(Hα) ¡ • Ca ¡II ¡λ8662 ¡flux ¡declines ¡sharply ¡with ¡acc ¡ rate, ¡correlaNon ¡observed ¡over ¡4 ¡order ¡of ¡ magnitude ¡in ¡flux ¡and ¡acc ¡rate ¡ • SystemaNc ¡offset ¡between ¡high-­‑mass ¡and ¡ VLM ¡accretors ¡ à ¡methodology ¡of ¡derivaNon ¡ (U-­‑band ¡veiling ¡vs. ¡Hα ¡modeling), ¡diff ¡ formaNon ¡regions ¡(infalling ¡gas ¡vs ¡accreNon ¡ shock) ¡

Other ¡Accretion ¡Indicators ¡ • Rigliaco ¡et ¡al. ¡2012: ¡Several ¡accreNon ¡indicators ¡idenNfied ¡in ¡X-­‑Shooter ¡spectra ¡of ¡ VLMS ¡ à ¡reliable ¡esNmate ¡of ¡accreNon ¡rate ¡~ ¡2x10 -­‑9 ¡to ¡~2x10 -­‑11 ¡Msun/yr ¡ • AccreNon ¡luminosity ¡from ¡excess ¡conNnuum ¡emission ¡correlates ¡with ¡most ¡line ¡ luminosiNes. ¡Large ¡dispersions ¡of ¡more ¡than ¡an ¡order ¡of ¡mag ¡also ¡noted ¡-­‑> ¡different ¡ stellar/disk ¡properNes, ¡wind/jet ¡contribuNons ¡(He ¡I, ¡Na ¡I ¡ou2low-­‑associated) ¡

Accretion ¡rate ¡vs. ¡mass ¡ • A ¡correlaNon ¡between ¡stellar ¡mass ¡ and ¡mass ¡accreNon ¡rate ¡first ¡noted ¡ by ¡Muzerolle ¡et ¡al. ¡(2000) ¡– ¡derived ¡ relaNon ¡ ¡ M 2.1 ¡ • CorrelaNon ¡conNnuous ¡across ¡~6 ¡ orders ¡of ¡magnitude ¡in ¡acc ¡rate, ¡ ¡ ¡ ~2 ¡order ¡of ¡magnitude ¡in ¡mass ¡ à ¡ ¡ same ¡formaNon ¡mechanism ¡for ¡ sub-­‑stellar ¡and ¡stellar ¡objects ¡ • Mohanty ¡et ¡al. ¡(2005) ¡extended ¡ the ¡relaNon ¡to ¡lower ¡masses ¡ M 2 ¡ ¡(± ¡1 ¡dex) ¡ • Considerable ¡scauer ¡in ¡acc ¡rate ¡for ¡ a ¡given ¡mass: ¡intrinsic ¡differences, ¡ age, ¡iniNal ¡condiNons, ¡method ¡of ¡ measuring ¡acc. ¡rate ¡

Accretion ¡rate ¡vs. ¡mass ¡ • Fang ¡et ¡al. ¡(2011) ¡compiled ¡data ¡from ¡Taurus, ¡ρ ¡Oph, ¡Cha ¡I, ¡IC ¡348, ¡λ ¡Ori, ¡Upp ¡Sco ¡ • Exponent ¡ranges ¡between ¡2.75 ¡– ¡3.42, ¡depends ¡on ¡acc ¡diagnosNc ¡ • Scauer ¡largest ¡in ¡UV ¡excess ¡measurements, ¡break ¡in ¡relaNon ¡around ¡1 ¡Msun ¡

Accretion ¡rate ¡vs. ¡Age ¡ BM03 ¡ Mohanty ¡et ¡al. ¡2005 ¡ Fang ¡et ¡al. ¡2011 ¡ • Trend ¡of ¡decreasing ¡acc ¡ rate ¡w ¡increasing ¡age, ¡more ¡ obvious ¡for ¡objects ¡below ¡ ~0.5Msun ¡ • AccreNon ¡rate ¡dropped ¡ below ¡measurable ¡levels ¡by ¡ ~5 ¡Myr ¡

Accretion ¡rate ¡vs. ¡age ¡– ¡2M1207 ¡ Mohanty ¡et ¡al. ¡2005 ¡ Scholz ¡et ¡al. ¡2005 ¡ Poster ¡by ¡Stelzer ¡et ¡al. ¡(X-­‑Shooter ¡spectra) ¡ • ~10 ¡Myr ¡BD ¡known ¡to ¡show ¡accreNon ¡acNvity ¡ ¡ • broad, ¡asymmetric ¡Hα ¡profile ¡with ¡red-­‑shiyed ¡absorpNon ¡component ¡ à ¡high ¡ inclinaNon ¡disk ¡ • accreNon ¡rate ¡varies ¡by ¡a ¡factor ¡of ¡5-­‑10 ¡on ¡a ¡Nmescale ¡of ¡6 ¡weeks. ¡

Out3low ¡Activity ¡in ¡Brown ¡Dwarfs ¡ • Ou2low ¡acNvity ¡first ¡suggested ¡by ¡forbidden ¡emission ¡lines ¡(FEL) ¡in ¡opNcal ¡spectra ¡of ¡ accreNng ¡BDs ¡(Fernandez ¡& ¡Cameron ¡2001) ¡-­‑> ¡no ¡apparent ¡ou2low ¡extensions ¡ ¡ • FEL ¡criNcal ¡density ¡region ¡on ¡scales ¡of ¡~100 ¡mas, ¡lies ¡3-­‑10 ¡Nmes ¡closer ¡to ¡a ¡BD ¡than ¡ CTTS, ¡challenging ¡to ¡directly ¡resolve ¡a ¡BD ¡ou2low ¡ • High-­‑resoluNon ¡spectra ¡to ¡recover ¡the ¡spaNal ¡offsets ¡in ¡FEL ¡region ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ -­‑-­‑> ¡Spectro-­‑astrometry ¡technique ¡by ¡Whelan ¡et ¡al. ¡2005 ¡ • Two ¡different ¡N-­‑S ¡and ¡E-­‑W ¡slit ¡posiNons. ¡A ¡+ve ¡offset ¡corresponds ¡to ¡extended ¡ emission ¡in ¡northerly/easterly ¡direcNon, ¡-­‑ve ¡offset ¡in ¡southerly/westerly ¡direcNon. ¡