[論文レビュー] An edge-on translucent dust disk around the nearest AGB star L2 Puppis - VLT/NACO spectro-imaging from 1.04 to 4.05 microns and VLTI interferometry

P. Kervella, M. Montargès+7 more|arXiv (Cornell University)|Apr 11, 2014

Stellar, planetary, and galactic studies被引用数 20

ひとこと要約

本研究では、最も近いAGB星であるL2 Puppisの周りに、VLT/NACO分光像撮法（1.04–4.05 μm）およびVLTI干渉計測を用いて、縁上向きで半透明なほこりの円盤の初の直接像撮がなされた。Jバンドでの高い光学的厚さと、より長い波長へ向かって透明度が増す特性に加え、Lバンドでの熱放射が、RADMC-3Dを用いたモンテカルロ放射平衡輸送モデルによって再現された。その結果、幾何学的に厚い縁上向きの円盤が特定され、星の長期的変動を説明するものであり、二重星同伴説に反するものであり、代わりに非対称な周囲物質への光の照射の変化が原因であると示唆された。

ABSTRACT

As the nearest known AGB star (d=64pc) and one of the brightest (mK-2), L2 Pup is a particularly interesting benchmark object to monitor the final stages of stellar evolution. We report new lucky imaging observations of this star with the VLT/NACO adaptive optics system in twelve narrow band filters covering the 1.0-4.0 microns wavelength range. These diffraction limited images reveal an extended circumstellar dust lane in front of the star, that exhibits a high opacity in the J band and becomes translucent in the H and K bands. In the L band, extended thermal emission from the dust is detected. We reproduce these observations using Monte-Carlo radiative transfer modeling of a dust disk with the RADMC-3D code. We also present new interferometric observations with the VLTI/VINCI and MIDI instruments. We measure in the K band an upper limit to the limb-darkened angular diameter of theta_LD = 17.9 +/- 1.6 mas, converting to a maximum linear radius of R = 123 +/- 14 Rsun. Considering the geometry of the extended K band emission in the NACO images, this upper limit is probably close to the actual angular diameter of the star. The position of L2 Pup in the Herzsprung-Russell diagram indicates that this star has a mass around 2 Msun and is probably experiencing an early stage of the asymptotic giant branch. We do not detect any stellar companion of L2 Pup in our adaptive optics and interferometric observations, and we attribute its apparent astrometric wobble in the Hipparcos data to variable lighting effects on its circumstellar material. We however do not exclude the presence of a binary companion, as the large loop structure extending to more than 10 AU to the North-East of the disk in our L band images may be the result of interaction between the stellar wind of L2 Pup and a hidden secondary object. The geometric configuration that we propose, with a large dust disk seen almost edge-on, appears particularly favorable to test and develop our understanding of the formation of bipolar nebulae.

研究の動機と目的

• L2 Puppis、最も近いAGB星の周囲環境を解明し、質量放出プロセスと変動の原因を理解すること。
• Hipparcosデータで観測されたアストロメトリックなゆらぎが、二重星同伴によるものか、周囲物質の影響によるものかを特定すること。
• 赤外線像で観測された拡張したほこりの放射の幾何学的および物理的性質を調査すること。
• L2 Puppisの長期的明るさの変動が、光学的厚さが変化する円盤内のほこりによる遮蔽の変化によるものであるという仮説を検証すること。

提案手法

• VLT/NACOの適応望遠鏡を用いて、1.04–4.05 μmの範囲で回折限界に近い狭帯域像撮を実施した。
• VLTI/VINCIおよびMIDIを用いた干渉計測観測により、星の縁が暗くなる角直径を測定した。
• RADMC-3Dコードを用いたモンテカルロ放射平衡輸送モデルを適用し、幾何学的に厚い縁上向きの円盤におけるほこりの散乱、吸収、熱放射を模擬した。
• 観測されたスペクトルエネルギー分布および空間分解像にモデルをフィットさせ、ほこりの密度、温度、円盤の幾何学的形状を制約した。
• 測定された角直径（17.9 ± 1.6 mas）を用いて、線形半径123 ± 14 R☉を導出した。これは星の進化状態と整合的であった。
• NACOおよびVINCI観測で隠れた二重星同伴が検出されなかったこと、およびLバンド像の非対称性（特に10 AUのループ構造）を分析することで、隠れた同伴の可能性を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 L2 Puppisの長期的明るさの変動を引き起こす周囲物質の真の性質は何か？
• RQ2 Hipparcosデータにおける141日周期のアストロメトリックなゆらぎは、恒星同伴によるものか、非対称な周囲ほこりへの光の照射変化によるものか？
• RQ3 特にLバンドにおいて、L2 Puppisの周囲に広がる赤外放射の幾何学的および物理的構造は何か？
• RQ4 観測された波長依存の透過率と透明度は、光学的厚さが変化する一様な縁上向きほこりの円盤によって説明可能か？
• RQ5 隠れた同伴が、観測された円盤の形状を形作る役割を果たし、質量放出の非対称性を引き起こす可能性は何か？

主な発見

• VLT/NACOの画像から、Jバンドでは高い光学的厚さのほこりの帯が観測され、HバンドおよびKバンドでは透明度が増し、Lバンドでは検出可能な熱放射が観測された。
• L2 Puppisの縁が暗くなる角直径は17.9 ± 1.6 masに制限され、これに対応する線形半径は123 ± 14 R☉であった。
• RADMC-3Dを用いたモンテカルロ放射平衡輸送モデルは、波長依存の形状およびスペクトルエネルギー分布をうまく再現し、縁上向きで幾何学的に厚いほこりの円盤であることを確認した。
• 1995年以降の長期的明るさの最小値は、視線方向に密度が高く塊の集まった円盤領域が通過することによって最もよく説明され、ほこりによる遮蔽の変化と整合的であった。
• NACOおよびVINCI観測では恒星同伴が検出されず、Hipparcosのアストロメトリックなゆらぎは、二重星の公転運動ではなく、非対称な周囲ほこりへの光の照射変化によるものであると結論された。
• Lバンド画像における10 AUのループ構造は、隠れた同伴との相互作用を示唆しており、二重性が円盤形成の原因であるという仮説を支持するものであった。