[論文レビュー] Differential Speckle Polarimetry of Betelgeuse in 2019-2020: the rise is different from the fall

Boris S. Safonov, А. В. Додин+7 more|arXiv (Cornell University)|May 11, 2020

Bee Products Chemical Analysis参考文献 10被引用数 6

ひとこと要約

本研究では、2019年10月から2020年4月にかけてのベテルギウスの観測に微分コヒーレントスプライク偏光法を用い、星の深刻な明るさの最小値が視線方向のほこり雲によるものであることを明らかにした。降光期に、周囲星間物質の偏光輝度は一定であったが、回復期には2.1倍に上昇し、雲の光学的厚さが外側へ移動するにつれて減少したことを示している。明るさの回復は降光の約2倍の速さで進行した。

ABSTRACT

Recently published episodic spectral (Levesque and Massey, 2020) and high angular resolution (Montarges et al, 2020) observations of Betelgeuse suggest that the deep minimum of 2019-2020 was caused by an enhanced dust abundance in the stellar atmosphere. Detailed monitoring of such events may prove useful for constructing consistent physical models of mass loss by evolved stars. For such observations it is fundamentally important to employ methods resolving an inhomogeneous stellar atmosphere. We present the differential speckle polarimetric observations of Betelgeuse at 2.5-m telescope of Caucasian Mountain Observatory of SAI MSU covering the period of 2019-2020 minimum. The observations were secured on 17 dates at wavelengths 465, 550, 625 and 880 nm. The circumstellar reflection nebula with the angular size of $\approx0.1^{\prime\prime}$ was detected for all the dates and at all wavelengths. The morphology of the nebula changed significantly over the observational period. Net polarized brightness of the envelope remained constant until February 2020, while the stellar $V$ band flux decreased 2.5 times. Starting from mid-February 2020, polarized flux of the envelope rose 2.1 times, at the same time the star returned to the pre-minimum state of October 2019. Basing on these data and our low resolution spectrum obtained on 2020-04-06 we confirm a conclusion that the minimum is caused by the formation of a dust cloud located on the line of sight. A quantitative characterisation of this cloud will be possible when the data on its thermal radiation are employed.

研究の動機と目的

• 高解像度偏光法を用いて、2019–2020年のベテルギウスの前例のない明るさの最小値の物理的要因を調査すること。
• 降光がほこりによる遮蔽によるものか、光球温度の変化によるものかを特定すること。
• 最小期と回復期におけるベテルギウスの周囲星間物質包層の形態的および偏光輝度の変化を追跡すること。
• 不均一なほこり分布が観測された偏光および消光特性に与える影響を評価すること。
• 赤超巨星における質量放出およびほこり形成のモデルに観測的制約を与えること。

提案手法

• 微分コヒーレントスプライク偏光法（DSP）を、カーチア山観測所の2.5m望遠鏡に搭載されたSPP機器を用いて17回の観測日付に適用した。
• この手法は、ストークスI、Q、U分布のフーリエ変換を用いて、直交偏光状態の可視度比R_QおよびR_Uを測定する。
• 非対称な偏光輝度分布に感度を高めるために、空間周波数正規化された微分偏光可視度が用いられた。
• 機器による偏光効果は、Safonovら（2019b）の補正手順により補正された。
• 観測は465、550、625、880 nmの4波長で実施され、包層の多波長解析が可能になった。
• 2020年4月6日の低分解能スペクトルは、回復期のスペクトル解釈を支援するために用いられた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 2019–2020年のベテルギウスの明るさの最小値は、ほこりによる遮蔽によるものか、光球温度の変化によるものか？
• RQ2 降光期と回復期におけるベテルギウスの周囲星間物質包層の形態的および偏光輝度は、どのように変化したか？
• RQ3 星のVバンド輝度が2.5倍減少したにもかかわらず、なぜネット偏光は降光期に一定のままであったのか？
• RQ4 包層に非対称な明るさ分布が生じたのはなぜか。最小値以前には南半分が暗く、回復期には明るくなった。
• RQ5 ほこり雲の光学的厚さは時間とともにどのように変化するのか。これは、ほこり形成および放出機構に何を示唆するか？

主な発見

• すべての観測波長および日付で、約1 R*の周囲星間物質包層が、コンパクトで偏光を持つ構造として検出された。
• 2019年10月から2020年2月にかけて、星のVバンド輝度が2.5倍減少したにもかかわらず、包層のネット偏光輝度は一定であった。
• 2020年2月中旬以降、回復期に伴い包層の偏光輝度が2.1倍に上昇した。
• 回復期は降光期の約2倍の速さで進行し、包層の南半分が回復期に支配的となった。
• 包層の非対称性の逆転は、ほこり雲が外側へ移動し、自己吸収が減少し、散乱光出力が増加したことを示唆している。
• データは、最小値が視線方向のほこり雲によるものであり、雲の光学的厚さが星から遠ざかるにつれて減少するというモデルを支持している。