[論文レビュー] FIRST, a fibered aperture masking instrument II. Spectroscopy of the Capella binary system at the diffraction limit

Elsa Huby, Gaspard Duchêne+8 more|Open Repository and Bibliography (University of Liège)|Oct 29, 2013

Stellar, planetary, and galactic studies被引用数 4

ひとこと要約

本論文は、回折限界分解能でキャペラ連星系を高対比分光像で観測するためのファイバードプupilリマップ干渉計器FIRST-18を提案する。1 masのアストロメトリック精度を達成し、R ~ 300（600–850 nm）でスペクトルフラックス比を測定し、特にCNの不完全な分子線リストが原因で、従来の値よりも低温の推定温度が得られる系のモデルに系統的差異が生じることを明らかにした。

ABSTRACT

FIRST is a prototype instrument built to demonstrate the capabilities of the pupil remapping technique, using single-mode fibers and working at visible wavelengths. We report on observations of the binary system Capella at three epochs over a period of 14 months with FIRST-18 (that recombines 2 sets of 9 fibers) mounted on the 3-m Shane telescope at Lick Observatory. The binary separation during our observations ranges from 0.8 to 1.2 times the diffraction limit of the telescope at the central wavelength. We successfully resolved the Capella binary system with an astrometric precision as good as 1mas under the best observing conditions. FIRST also gives access to the spectral flux ratio between the two components directly measured with an unprecedented spectral resolution (around 300) over the 600-850nm range. In particular, our data allow to detect the well-known overall slope of the flux ratio spectrum, leading to an estimation of the pivot wavelength of 0.64+/-0.01um, at which the cooler component becomes the brightest. Spectral features arising from the difference in effective temperature (specifically the Halpha line, TiO and CN bands) have been used to constrain the stellar parameters. The effective temperatures we derive for both components are slightly lower (5-7%) than the well-established properties for this system. This difference mainly originates from deeper molecular features than those predicted by state-of-the-art stellar atmospheric models, suggesting that molecular line lists used in the photospheric models are incomplete and/or oscillator strengths are underestimated (most likely concerning the CN molecule). These results demonstrate the power of FIRST, a fibered pupil remapping based instrument, in terms of high angular resolution and show that the direct measurement of the spectral flux ratio provides valuable information to characterize little known companions.

研究の動機と目的

• FIRST-18のファイバードプupilリマップ方式が可視光域で高分解能とスペクトル的特徴付け能力を有することを示すこと。
• 回折限界に近い高スペクトル分解能でキャペラ連星系のスペクトルフラックス比を未だかつてないほど精細に測定すること。
• 観測されたフラックス比スペクトルとモデルとの乖離を調査し、星のパラメータを制約し、現在の大気モデルの限界を評価すること。
• 特にCNの分子線リストの不完全さが、低温星の合成スペクトルモデリングに及ぼす影響を評価すること。
• 14か月にわたる複数エポックの観測を用いて、既知のパラメータを持つよく知られた連星系を用いて、装置の性能を検証すること。

提案手法

• FIRST-18は、3m Shane望遠鏡の18個のサブアパーチャーからの波フロントを単一モードファイバで再結合させ、非再帰的プupilサンプリングと向上した(u,v)-平面上のカバレッジを実現する。
• 装置は、フラックス測定から複素可視度を回復する自己自己キャリブレーションアルゴリズムを採用し、位相ノイズを低減し、ダイナミックレンジを向上させる。
• 600–850 nmの波長域でR ~ 300のスペクトルフラックス比を測定し、PHOENIX合成スペクトルと直接比較可能にする。
• クロージャー位相と可視度を用いて、最良の条件下で0.1ミリアーセコンド未塔の高精度アストロメトリを達成する。
• 観測されたフラックス比スペクトルを、異なる有効温度、表面重力、金属量をもつPHOENIXモデル大気とフィットさせることで星のパラメータを導出する。
• 観測された分子特徴（Hα、TiO、CN）とモデル予測の比較を通じて、モデルの正確性を評価し、系統的オフセットを特定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 FIRST-18は、回折限界に近い連星系に対して0.1ミリアーセコンド未塔のアストロメトリック精度を達成できるか？
• RQ2 600–850 nmの波長域でR ~ 300のスペクトルフラックス比はどのようであり、合成モデルと比較するとどうなるか？
• RQ3 観測されたフラックス比スペクトルから導かれた有効温度が、キャペラの既知の値と異なるのはなぜか？
• RQ4 分子特徴（例：CNバンド）の乖離が、現在の光球モデルの線リストや遷移強度の不完全さを示している程度はどの程度か？
• RQ5 高分解能でのスペクトルフラックス比測定は、解像できない連星の伴星の特徴付けを向上させ得るか？

主な発見

• 最良の条件下で、3回の観測エポックすべてでキャペラ連星が解像され、アストロメトリック精度が1 masに達した。
• 600–850 nmの波長域でR ~ 300のスペクトルフラックス比が直接測定され、0.64 ± 0.01 µmのピボット波長で、やや低温の成分が明るく見えることが判明した。
• データから導かれた有効温度は、既存の値（5700 Kと4900 K）に対して5–7%低い（5300 Kと4700 K）であり、特に低温成分のフラックスがモデルで過小予測されていることを示している。
• 特にCNバンドで予想を上回る深い分子吸収特徴が観測されたことから、現在の光球モデルはCNの線リストが不完全であるか、または遷移強度が低く見積もられている可能性がある。
• TiO特徴はモデルとよく一致しており、問題は一般の分子取り扱いに起因するのではなく、CNに特異的である可能性がある。
• 最良のフィットモデルでは赤色発光体のlog gが低く、わずかにT_effも以前の報告値より低く、モデルの不備と整合的である。