[論文レビュー] Direct diameter measurement of a star filling its Roche Lobe: The semi-detached binary SS Leporis spatially resolved with VINCI/VLTI

Tijl Verhoelst, E. van Aarle+1 more|Lirias (KU Leuven)|May 30, 2007

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 22被引用数 10

ひとこと要約

本研究では、VINCI/VLTIを用いたKバンド干渉計測定により、最初の直接的な空間分解能を用いて、星がそのロッシュ・ローブを満たしていることを確認した。半分分離した連星系SS Leporisに属するM型巨星が完全にロッシュ・ローブを満たしていることが判明した。観測では、周囲のダスト円盤が検出され、A型主星が質量降着によって拡張していることが示され、これが高輝度およびシェルスペクトルを説明するものである。非保存的質量移動は、円盤の幾何学的形状と光学的濃度の性質によって確認された。

ABSTRACT

Stellar evolution in close binary systems is strongly influenced by mass transfer from one star to the other when one component fills its zero-velocity surface or Roche Lobe. SS Lep is a fairly nearby close binary showing the Algol paradox and a shell spectrum, both indicative of (past) mass transfer. To study the process of mass transfer and its evolutionary consequences, we aim at a direct characterisation of the spatial dimensions of the different components of SS Lep with IR interferometry. We use VINCI/VLTI interferometric observations in the K band and photometric observations from the UV to the far-IR. The visibilities are interpreted with simple geometrical models and the Spectral Energy Distribution (SED) is decomposed into the three main components: A star, M star and dust shell/disk. From the SED, we find that the main emitters in the K band are the M star and the circumstellar environment. Both are spatially resolved with the VINCI observations, showing the excess to be circumbinary and showing the M star to have a size equal to its Roche Lobe. We conclude that we have, for the first time, directly resolved a star filling its Roche Lobe. The resulting mass transfer is probably the cause of (1) the circumbinary dust disk of which we see the hot inner region spatially resolved in our observations, (2) the unusually high luminosity of the A star and (3) the shell spectrum seen in the UV and optical spectra.

研究の動機と目的

• 近赤外干渉計測定を用いて、密な連星SS Leporisの成分の空間的寸法を直接測定すること。
• 半分分離した連星進化における質量移動の鍵となる条件である、M型星がそのロッシュ・ローブを満たしているかどうかを特定すること。
• Kバンドにおけるダスト過剰の性質と幾何学的形状を含む、周囲環境を特徴づけること。
• 質量移動がA型主星に与える進化的影響、特に明著に増大した輝度と半径を調査すること。
• 観測されたダスト分布の性質を分析することで、質量移動が保存的かどうかを検証すること。

提案手法

• 4.7～121メートルの基線を用いて、VINCI/VLTIによる近赤外干渉計測定を実施し、Kバンドの visibility をカバーした。
• UVから遠赤外域までの光度データを統合し、全スペクトルエネルギー分布（SED）を構築した。
• 干渉計測定の visibility データに幾何的モデルをフィットさせ、M星および周囲成分の視角サイズを決定した。
• フラックス分解技術を用いて、SEDをA星、M星、ダストシェル／ダストディスクの寄与に分解した。
• 非晶質ケイ酸塩の光学定数を用いて、観測されたKバンド過剰と理論的光学的濃度モデルを比較することで、ダストの幾何学的形状を制約した。
• 軌道傾きおよび軌道パラメータを用いて、真のサイズと質量移動ダイナミクスを推定した。低減光と短波長過剰の欠如に基づき、顔合わせの円盤幾何学的形状を仮定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 半分分離連星モデルが予測するように、SS LeporisのM型星はロッシュ・ローブを満たしているか？
• RQ2 KバンドにおけるM星およびその周囲環境の真の物理的サイズと構造は何か？
• RQ3 周囲ダストの幾何学的形状と光学的濃度は何か？これは円盤型構造か球対称構造かを支持するか？
• RQ4 A型主星への質量降着がその半径と輝度に与える影響は何か？理論的モデルと整合的か？
• RQ5 質量移動プロセスは保存的か？観測されたダスト分布の証拠は、これを支持するか、反証するか？

主な発見

• SS LeporisのM型星は直接的に分解され、その半径がロッシュ・ローブと等しいことが判明し、零速度面を満たしていることが確認された。
• Kバンド過剰はM星と周囲ダストの両方によって支配されており、両者とも空間的に分解可能であるため、球対称シェルではなく、連星周囲の円盤であることが示された。
• ダストの幾何学的形状は、視線方向にほぼ垂直な、光学的濃度の高い円盤によって最もよく説明され、温度は約1250 Kであり、大粒径（約0.1 mm）のダストと小粒子の風を含む円盤に一致する。
• A型主星の半径は約18 R⊙であり、典型的なA1V星よりも顕著に大きい。これは年間約2×10⁻⁴ M⊙の速度で質量降着を受けた結果である。
• 系の高輝度とシェルスペクトルは、継続的で非保存的質量移動に起因し、M星が失った物質から形成されたダスト円盤に起因する。
• 強い短波長過剰が観測されないため、高温で球対称の周囲シェルは排除され、ほぼ顔合わせの円盤構造が支持された。