[論文レビュー] An incisive look at the symbiotic star SS Leporis -- Milli-arcsecond imaging with PIONIER/VLTI

Nicolas Blind, H. M. J. Boffin+5 more|arXiv (Cornell University)|Dec 7, 2011

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 40被引用数 22

ひとこと要約

PIONIER/VLTIを用いた高分解能ミリアーセコンド干渉計により、本研究では連星系SS Leporisの内部構造を解明し、M型巨星がそのロッシュローブを満たしていないことを明らかにした。代わりに、質量移動は風によるロッシュローブオーバーフロー（wind RLOF）を通じて行われており、A型星の周囲に降着円盤が存在する強力な証拠がある。これは、従来のモデルと比較して、系の質量比および星の大きさを顕著に再評価することになった。

ABSTRACT

Context. Determining the mass transfer in a close binary system is of prime importance for understanding its evolution. SS Leporis, a symbiotic star showing the Algol paradox and presenting clear evidence of ongoing mass transfer, in which the donor has been thought to fill its Roche lobe, is a target particularly suited to this kind of study. Aims. Since previous spectroscopic and interferometric observations have not been able to fully constrain the system morphology and characteristics, we go one step further to determine its orbital parameters, for which we need new interferometric observations directly probing the inner parts of the system with a much higher number of spatial frequencies. Methods. We use data obtained at eight different epochs with the VLTI instruments AMBER and PIONIER in the H- and K-bands. We performed aperture synthesis imaging to obtain the first model-independent view of this system. We then modelled it as a binary (whose giant is spatially resolved) that is surrounded by a circumbinary disc. Results. Combining these interferometric measurements with previous radial velocities, we fully constrain the orbit of the system. We then determine the mass of each star and significantly revise the mass ratio. The M giant also appears to be almost twice smaller than previously thought. Additionally, the low spectral resolution of the data allows the flux of both stars and of the dusty disc to be determined along the H and K bands, and thereby extracting their temperatures. Conclusions. We find that the M giant actually does not stricto sensus fill its Roche lobe. The mass transfer is more likely to occur through the accretion of an important part of the giant wind. We finally rise the possibility for an enhanced mass loss from the giant, and we show that an accretion disc should have formed around the A star.

研究の動機と目的

• 高分解能干渉計を用いて、連星系SS Leporisの軌道的・構造的パラメータを解明すること。
• 従来の仮説であるM型巨星がそのロッシュローブを満たしているかどうか、あるいは質量移動が他のメカニズムを通じて行われるかどうかを特定すること。
• モデルに依存しない画像法を用いて、連星成分の質量および円周に存在する降着円盤の幾何学的構造を制約すること。
• 力学的および運動的制約に基づき、A型星の周囲に降着円盤が存在するか、その性質を調査すること。
• 系の進化段階を評価し、後AGB段階の進化および惑星状星雲形成への影響を検討すること。

提案手法

• VLTIのPIONIERおよびAMBER機器を用いて、HバンドおよびKバンドで8エポックの干渉計データを取得し、高空間周波数分解能を達成した。
• アパーチャ合成画像法を実施し、ミリアーセコンド分解能でのシステムの明るさ分布をモデルに依存しない形で再構成した。
• 干渉計データと径速度測定値を統合し、軌道要素（周期、離心率、軌道傾き、半長径）を完全に制約した。
• 連星系を、中心にA型星を有する解像化された巨星と、その周囲を回る円周に存在するほこりを含む降着円盤としてモデル化した。
• 径速度曲線と干渉計可視度を用いて、質量関数を導出し、個々の質量および質量比を推定した。
• 角運動量保存およびロッシュローブオーバーフロー力学に基づき、降着円盤の最小半径を推定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 SS LeporisのM型巨星は、従来のスペクトロスコピックおよび干渉計的データから推定されたように、ロッシュローブを満たしているのか？
• RQ2 連星系の真の質量比は何か？ かつ、従来の推定値と比較するとどうなるか？
• RQ3 A型星の周囲に降着円盤が直接証明され、その予想されるサイズと構造は何か？
• RQ4 質量移動メカニズムの本質は、ロッシュローブオーバーフローか風によるRLOFか？ そして、それが系の進化に与える影響は？
• RQ5 円周に存在する降着円盤の存在およびその潜在的質量損失が、系の長期的進化に与える影響は？

主な発見

• SS LeporisのM型巨星は、ロッシュローブを厳密に満たしていない。これは、ロッシュローブオーバーフローモデルに基づく従来の仮定と矛盾する。
• 質量比はq = 1.85 ± 0.25に再評価され、従来の推定値1/q = 3.50 ± 0.57と比較して顕著に低く、A型星が以前よりもより質量が大きいことが示唆された。
• M型巨星の半径は約15 R☉と特定され、従来の推定値のおよそ半分であり、以前の予想よりも星の大きさが小さいことが示された。
• 系は風によるロッシュローブオーバーフロー（wind RLOF）によって最もよく説明され、巨星の星風の大部分がA型星に降着されている。
• A型星の周囲に降着円盤が形成されている可能性が高く、予想される半径は約33 R☉、視覚的直径は0.8–1 masと推定され、将来的な高分解能機器で観測可能である。
• 系は後AGB段階に差し掛かっており、M型巨星は約170,000年後に白色矮星に進化すると予想され、非球形の惑星状星雲が形成される可能性がある。