[論文レビュー] Large-scale environments of binary AGB stars probed by Herschel. II: Two companions interacting with the wind of pi1 Gruis

Andreas Mayer, A. Jorissen+13 more|arXiv (Cornell University)|Aug 18, 2014

Stellar, planetary, and galactic studies被引用数 15

ひとこと要約

本研究は、ヘーシェル/PACSおよびアーカイブ済みのVLTI/AMBERデータを用いて、進化したAGB星π¹ Gruisの非対称な周囲環境を調査し、階層的三重連星系であることを明らかにした。近接した伴星（P < 10年）がほこりを含む傾斜のある円盤を形成している一方、遠方のG0V型星（460 au）がアーキメデスの螺旋風パターンを駆動している。ヘーシェルの画像、固有運動の異常、そして干渉計のクロージャ位相という、統合的証拠により、星の質量放出包の複雑な形態を生じさせている三重連星系が確認された。

ABSTRACT

Context. The Mass loss of Evolved StarS (MESS) sample observed with PACS on board the Herschel Space Observatory revealed that several asymptotic giant branch (AGB) stars are surrounded by an asymmetric circumstellar envelope (CSE) whose morphology is most likely caused by the interaction with a stellar companion. The evolution of AGB stars in binary systems plays a crucial role in understanding the formation of asymmetries in planetary nebulæ (PNe), but at present, only a handful of cases are known where the interaction of a companion with the stellar AGB wind is observed. Aims. We probe the environment of the very evolved AGB star $π^1$ Gruis on large and small scales to identify the triggers of the observed asymmetries. Methods. Observations made with Herschel/PACS at 70 $μ$m and 160 $μ$m picture the large-scale environment of $π^1$ Gru. The close surroundings of the star are probed by interferometric observations from the VLTI/AMBER archive. An analysis of the proper motion data of Hipparcos and Tycho-2 together with the Hipparcos Intermediate Astrometric Data help identify the possible cause for the observed asymmetry. Results. The Herschel/PACS images of $π^1$ Gru show an elliptical CSE whose properties agree with those derived from a CO map published in the literature. In addition, an arc east of the star is visible at a distance of $38^{\prime\prime}$ from the primary. This arc is most likely part of an Archimedean spiral caused by an already known G0V companion that is orbiting the primary at a projected distance of 460 au with a period of more than 6200 yr. However, the presence of the elliptical CSE, proper motion variations, and geometric modelling of the VLTI/AMBER observations point towards a third component in the system, with an orbital period shorter than 10 yr, orbiting much closer to the primary than the G0V star.

研究の動機と目的

• 進化したAGB星π¹ Gruisの周囲に観測された非対称な周囲包の起源を理解すること。
• 観測された非対称性が、システム内に存在する二重連星または複数の伴星によるものかどうかを特定すること。
• 多波長観測とアストロメトリック解析を通じて、見えない伴星の軌道パラメータおよび物理的性質を同定すること。
• 観測された螺旋構造および楕円形のCSEが、伴星との風の相互作用を再現する流体力学的モデルによって説明可能かどうかを検証すること。
• 遠赤外線画像、干渉計、固有運動データを統合することで、CSE形態の起源に関する曖昧性を解消すること。

提案手法

• ヘーシェル/PACSによる70 μmおよび160 μmの画像観測で、π¹ Gruisの広域周囲環境をマッピングし、楕円形のCSEおよび遠方のアークを明らかにした。
• 干渉計によるVLTI/AMBER観測で、星の近接領域を調べ、非対称性を示すクロージャ位相の特徴を検出。
• イェルプスコプスおよびタイコ-2データの固有運動解析（中間アストロメトリックデータ（IAD）を含む）により、光重心の軌道運動を検出。
• 風と伴星の相互作用を再現する流体力学的モデルを適用し、観測された螺旋および円盤構造を再現。
• VLTI/AMBERデータの幾何学的モデリングにより、仮想の近接伴星の軌道パラメータを制約。
• ヘーシェルデータと既存のCOマップの比較により、CSEの整合性と軸比が確認され、円盤モデルを支持した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 π¹ Gruisの周囲包に見られる楕円形の形態は、何によって引き起こされるか？
• RQ2 星の東方38角秒に位置するアーチは、既知の伴星がAGB風に重力的相互作用を及ぼすことによって説明可能か？
• RQ3 観測された非対称性を引き起こす可能性のある第三の伴星の軌道周期および質量は何か？
• RQ4 π¹ Gruisの固有運動の変動は、見えない伴星の存在とどのように関係しているか？
• RQ5 干渉計のクロージャ位相と遠赤外線画像の組み合わせにより、システムの構成に関するデゲネラシーを解消できるか？

主な発見

• ヘーシェル/PACS画像により、サイズ72角秒×60角秒（11,750×9,790 au）の楕円形周囲包（CSE）が確認され、CO放出と整合しており、天球面に対して35°傾いていることが判明。
• π¹ Gruスの東方38角秒に位置するアークは、460 auの投影距離に位置する既知のG0V型伴星（軌道周期>6,200年）によって生じたアーキメデスの螺旋の一部であると特定。
• イェルプスコプスおよびタイコ-2データの固有運動解析により、0.5–1.5 M☉の伴星が非常に離心率の高い軌道（周期4.6–9.7年）を描くものと一致する光重心の運動が確認され、近接伴星の存在を示唆。
• VLTI/AMBER干渉計データは、クロージャ位相の特徴がローチューブモデルと定性的に整合しており、近接伴星の存在を支持するが、スポットやフレアとのデゲネラシーの可能性も残る。
• 楕円形CSEと螺旋アークの両方の組み合わせが、階層的三重連星系の存在を強く支持する。近接伴星（P < 10年）が円盤を形成し、遠方のG0V型星が螺旋パターンを駆動している。
• 既知のG0V型伴星は、その大きな分離距離のため、風の集中（風ローチューブオーバーフロー：WRLOF）による円盤形成を説明できないため、より近い伴星の存在を確認する必要があることが判明。