[論文レビュー] First VLTI infrared spectro-interferometry on GCIRS 7 - Characterizing the prime reference source for Galactic center observations at highest angular resolution

Jörg‐Uwe Pott, A. Eckart+6 more|ArXiv.org|May 28, 2008

Astrophysical Phenomena and Observations参考文献 30被引用数 10

ひとこと要約

本研究では、銀河中心の明るい赤超巨星GCIRS 7に対して、AMBERおよびMIDI機器を用いて初のVLTI赤外分光干渉測定が行われ、高解像度環境を調査した。その結果、2 μmではわずかに分解され（周囲星間物質の存在を示唆）、10 μmでは強く分解され、120 AUを超える領域に広がる中程度に暖かい（200 K）ほこりが存在することが判明。また、9.8 μmのケイ酸塩吸収特徴の光学的厚さτ ≈ 7は、標準的な銀河間消光法則の2倍であり、中心パーセク領域に異常なケイ酸塩過剰が存在することを示唆している。

ABSTRACT

Investigating the environment of the massive black hole SgrA* at the center of the Galaxy requires the highest angular resolution available to avoid source confusion and to study the physical properties of the individual objects. GCIRS7 has been used as wavefront and astrometric reference. Our studies investigate, for the first time, its properties at 2&10um using VLTI/AMBER and MIDI. We aim at analyzing the suitability of IRS7 as an IF-phase-reference for the upcoming generation of dual-field facilities at optical interferometers. We observed with (R~30) and 50m (proj.) baseline, resulting in 9 and 45mas resolution for NIR and MIR, resp. The first K-band fringe detection of a GC star suggests that IRS7 could be marginally resolved at 2um, which would imply that the photosphere of the supergiant is enshrouded by a molecular and dusty envelope. At 10um, IRS7 is strongly resolved with a visibility of approximately 0.2. The MIR is dominated by moderately warm (200 K), extended dust, mostly distributed outside of a radius of about 120 AU (15 mas) around the star. A deep 9.8-silicate absorption in excess of the usual extinction law with respect to the NIR extinction has been found. This confirms recent findings of a relatively enhanced, interstellar 9.8-silicate absorption with respect to the NIR extinction towards another star in the central arcsec, suggesting an unusual dust composition in that region. Our VLTI observations show that interferometric NIR phase-referencing experiments with mas resolution using IRS7 as phase-reference appear to be feasible, but more such studies are required to definitely characterize the close environment around this star. We demonstrate that interferometry is required to resolve the innermost environment of stars at the Galactic center.

研究の動機と目的

• 将来的な銀河中心における高解像度干渉測定のフェーズ基準星として、GCIRS 7を特徴づけること。
• 近赤外（NIR）および中赤外（MIR）波長域におけるGCIRS 7の周囲星間環境の物理的性質を調査すること。
• 星の広がった放射およびケイ酸塩吸収が、標準的な銀河間消光則と整合しているか、あるいは異常なほこり組成を示唆しているかを特定すること。
• ミリ秒オーダーの解像度で干渉測定によるフェーズ参照がGCIRS 7で可能かどうかを評価すること。

提案手法

• VLTI-AMBERおよびMIDI機器を用いて、GCIRS 7に対して低スペクトル分解能分光干渉測定（λ/Δλ ≈ 30）を実施し、約50 mの投影基線長を用いた。
• 2 μm（Kバンド）および10 μm（Nバンド）で可視度測定を行い、それぞれ約9 masおよび約45 masの角分解能を達成した。
• 可視度曲線の解析により、放射領域の角径および空間的に広がった放射の有無を推定した。
• スペクトルエネルギー分布および可視度スペクトルを減光補正して、固有のケイ酸塩吸収特徴を分離し、標準的な消光則と比較した。
• 全光度測光によるキャリブレーションを行い、周囲星間および銀河間ほこりの既存モデルと比較した。
• MIDIスペクトルから9.8 μmケイ酸塩特徴の光学的厚さを導出し、NIR消光と比較して過剰吸収の程度を定量化した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 GCIRS 7は、将来のミリ秒オーダー解像度干渉測定におけるフェーズ基準星として十分にコンパクトかつ安定しているか？
• RQ2 GCIRS 7の10 μm周囲のほこり放射の空間的広がりと温度はどの程度か？
• RQ3 GCIRS 7の9.8 μmケイ酸塩吸収特徴は、標準的な銀河間消光則と比較して過剰に吸収しているか？
• RQ4 観測された過剰ケイ酸塩吸収は、周囲星間ほこりに起因するのか、それとも中心パーセク内の散乱銀河間物質に起因するのか？
• RQ5 NIR消光とMIRケイ酸塩光学的厚さの乖離は、銀河中心におけるほこり組成に何を示唆しているか？

主な発見

• GCIRS 7は2 μmでわずかに分解され、一様円盤直径が2.6 masであるため、光球面を超えて高温の周囲星間ほこりまたは分子殻が存在している可能性を示唆している。
• 10 μmでは強く分解され、可視度が約0.2に達しており、120 AU（15 mas）を超える領域に広がる中程度に暖かい（200 K）ほこりが存在していることが示された。
• 9.8 μmケイ酸塩吸収特徴の光学的厚さτ ≈ 7は、NIR消光に基づく標準的値の2倍であり、銀河間消光則を上回る過剰吸収を示している。
• 過剰ケイ酸塩吸収は周囲星間ほこりに起因しない。可視度スペクトルがNバンド全域で平坦であるため、過剰吸収を引き起こすほこりは星から遠く離れており、中心パーセクに広く散らばっていると考えられる。
• データから、銀河中心の銀河間媒体において非晶質ケイ酸塩ほこりが炭素系粒子よりも過剰に存在している可能性が示唆され、ケイ素などのα要素の過剰が関係している可能性がある。
• 結果として、GCIRS 7が干渉測定フェーズ参照実験の実用的候補であることが確認されたが、真の光球面サイズを確認するには、SN比の高いNIRデータが必要である。