[論文レビュー] An interferometric study of the post-AGB binary 89 Herculis I Spatially resolving the continuum circumstellar environment at optical and near-IR wavelengths with the VLTI, NPOI, IOTA, PTI, and the CHARA Array

M. Hillen, Tijl Verhoelst+10 more|Lirias (KU Leuven)|Aug 30, 2013

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 84被引用数 27

ひとこと要約

本研究では、VLTI、NPOI、IOTA、PTI、CHARAアレイを用いた多波長の可視光および近赤外干渉計測定を用い、後AGB双星89 Herculisの周囲環境を空間的に解像した。周囲の散乱光による35–40%の可視光フラックス寄与が、初の直接的検出であり、循環する双星円盤のふっくらと膨らんだ内縁部に局在している。これは、このような系におけるエネルギー収支に関する従来の仮定に挑戦し、光度推定値に散乱光を考慮する必要性を浮き彫りにした。

ABSTRACT

Binary post-AGB stars are interesting laboratories to study both the evolution of binaries as well as the structure of circumstellar disks. A multiwavelength high angular resolution study of the prototypical object 89 Herculis is performed with the aim of identifying and locating the different emission components seen in the SED. A large interferometric data set, collected over the past decade and covering optical and near-IR wavelengths, is analyzed with simple geometric models. Combining the interferometric constraints with the photometry and the optical spectra, we reassess the energy budget of the post-AGB star and its circumstellar environment. We report the first (direct) detection of a large (35-40%) optical circumstellar flux contribution and spatially resolve its emission region. Given this large amount of reprocessed and/or redistributed optical light, the fitted size of the emission region is rather compact and fits with(in) the inner rim of the circumbinary dust disk. This rim dominates our K band data through thermal emission and is rather compact, emitting significantly already at a radius of twice the orbital separation. We interpret the circumstellar optical flux as due to a scattering process, with the scatterers located in the extremely puffed-up inner rim of the disk and possibly also in a bipolar outflow seen pole-on. A non-LTE gaseous origin in an inner disk cannot be excluded but is considered highly unlikely. This direct detection of a significant amount of circumbinary light at optical wavelengths poses several significant questions regarding our understanding of both post-AGB binaries and the physics in their circumbinary disks. Although the identification of the source of emission/scattering remains inconclusive without further study on this and similar objects, the implications are manifold.

研究の動機と目的

• 高解像度干渉計測定を用いて、プロトタイプの後AGB双星89 Herculisの可視光および近赤外波長域における連続スペクトル的周囲環境を解像すること。
• スペクトルエネルギー分布（SED）に寄与する放射源を特定・特定し、特に可視光過剰の原因を特定すること。
• 直接星光、再放射光、散乱光成分を分離することで、星の光度および周囲エネルギー収支を再評価すること。
• 発光領域の小型性を踏まえ、散乱、双極的噴流、または円盤ハローが観測された可視光フラックスを説明する役割を評価すること。
• 散乱光が可視光フラックスに与える寄与を定量化することで、後AGB双星におけるエネルギー分配に関する既存の仮定に挑戦すること。

提案手法

• 10年間にわたり、可視光および近赤外波長域をカバーするVLTI、NPOI、IOTA、PTI、CHARAアレイからの多機器干渉計測定データセットを収集した。
• 干渉計測定のvisibilityはキャリブレーションされ、SEDを制約するため、フラックスキャリブレーション済みの可視光スペクトルおよび光度測定データと統合された。
• 単純な幾何的モデルを用いて干渉計測定データにフィットさせ、コンactな円盤成分および散乱光成分を含めた。
• visibility測定値から周囲放射領域のサイズとフラックスを導出し、誤差解析を用いて不確実性を伝搬させた。
• 距離1.5 kpcを仮定して、SEDから周囲フラックス寄与を差し引くことで、星の光度を再評価した。
• 再放射光および散乱光の優位性を評価するため、F_IR/F_★およびF_RP/F_★比を計算することで、エネルギー収支を再評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 後AGB双星89 Herculisにおける可視光フラックス過剰の空間的広がりと起源は何か？
• RQ2 観測された可視光フラックスは、円盤の内縁部における散乱または双極的噴流によって説明可能か？
• RQ3 散乱光を含めることで、導出された星の光度および中心星の物理的サイズはどのように変化するか？
• RQ4 周囲環境が近赤外および可視光フラックスにどの程度寄与しているか、またこれは円盤の幾何学的形状およびスケールヘイトにどのような示唆をもたらすか？
• RQ5 非局所熱力学的平衡（非-LTE）ガス放出を仮定せず、受動的循環双星円盤モデルが観測された干渉計測定および光度測定データを再現可能か？

主な発見

• 周囲環境は可視光フラックスの35–40%を寄与しており、これは後AGB双星においてこのような顕著な散乱光成分が直接検出された初の事例である。
• 放射領域は小型であり、直径0.435 ± 0.008 masであり、循環双星チルトの内縁部と整合的である。
• 距離1.5 kpcを仮定して、SEDから周囲フラックスを差し引いた結果、星の光度は13,400 L⊙から8,350 L⊙に下方修正された。
• 赤外線フラックスと星のフラックス比（F_IR/F_★）は0.62であり、すべての赤外線フラックスが再放射されたと仮定すれば、円盤の半開口角が67.5°であると示唆する。
• 散乱可視光フラックスと星のフラックス比（F_RP/F_★）は1.29であり、非等方的散乱プロセスが起こっている可能性が示唆され、おそらく円盤面の上層部の物質によるものである。
• 内円盤における非-LTEガス的起源は極めて不自然であり、ふっくらと膨らんだ内縁部または双極的噴流における散乱がより妥当であると考えられる。