[論文レビュー] Multi-epoch VLTI-PIONIER imaging of the supergiant V766 Cen: Image of the close companion in front of the primary

M. Wittkowski, F. J. Abellán+11 more|arXiv (Cornell University)|Sep 27, 2017

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 21被引用数 10

ひとこと要約

本研究では、質量の大きな赤超巨星V766 Cenの近接する食連星伴星を解明するために、多エポックのVLTI-PIONIER赤外干渉計画像を用いた。2016年と2017年の画像からは、主星の表面縁に位置する明るくコンパクトな特徴が確認され、半径650 ± 150 R☉のものとして解釈された。一方、2014年のデータは光球面対流セルのみを示しており、軌道運動と質量比0.16⁺⁰.⁴⁰₋₀.₀⁷を確認した。

ABSTRACT

The star V766 Cen (=HR 5171A) was originally classified as a yellow hypergiant but lately found to more likely be a 27-36 Msun red supergiant (RSG). Recent observations indicated a close eclipsing companion in the contact or common-envelope phase. Here, we aim at imaging observations of V766 Cen to confirm the presence of the close companion. We used near-infrared H -band aperture synthesis imaging at three epochs in 2014, 2016, and 2017, employing the PIONIER instrument at the Very Large Telescope Interferometer (VLTI). The visibility data indicate a mean Rosseland angular diameter of 4.1+/-0.8 mas, corresponding to a radius of 1575+/-400 Rsun. The data show an extended shell (MOLsphere) of about 2.5 times the Rosseland diameter, which contributes about 30% of the H-band flux. The reconstructed images at the 2014 epoch show a complex elongated structure within the photospheric disk with a contrast of about 10%. The second and third epochs show qualitatively and quantitatively different structures with a single very bright and narrow feature and high contrasts of 20-30%. This feature is located toward the south-western limb of the photospheric stellar disk. We estimate an angular size of the feature of 1.7+/-0.3 mas, corresponding to a radius of 650+/-150 Rsun, and giving a radius ratio of 0.42+0.35/-0.10} compared to the primary stellar disk. We interpret the images at the 2016 and 2017 epochs as showing the close companion, or a common envelope toward the companion, in front of the primary. At the 2014 epoch, the close companion is behind the primary and not visible. Instead, the structure and contrast at the 2014 epoch are typical of a single RSG harboring giant photospheric convection cells. The companion is most likely a cool giant or supergiant star with a mass of 5+15/-3 Msun.

研究の動機と目的

• 高解像度干渉計を用いて、質量の大きな赤超巨星V766 Cenの近接伴星を直接画像化すること。
• 主星の表面構造を解明し、光球面対流構造と伴星に起因する歪みを区別すること。
• 従来の分光干渉計データから示唆された、接触状態または共通エンvelope状態にある近接食連星伴星の仮説を検証すること。
• 多エポック画像と従来の光曲線および径速度データとの整合性を用いて、系の軌道幾何学的形状と質量比を特定すること。
• SN1987Aの前身星に類似した系の観測的確認を提供すること、ここで低質量の伴星が質量の大きな赤超巨星と相互作用していた。

提案手法

• 2014年、2016年、2017年の3エポックで、非常に大型望遠鏡干渉計（VLTI）のPIONIER装置を用いて、赤外Hバンドのアパーチャ合成画像を取得した。
• 可視度およびクロージャー位相データの低減処理を施し、星の表面および周囲構造の高ダイナミックレンジ画像を再構築した。
• モデルに依存しない画像再構築技術を用いて、星の表面に生じる不均一性およびコンパクトな特徴を解明した。
• 星の対流を模擬した3次元流体力学的シミュレーションと比較し、光球面グランセーションと伴星に起因する特徴を区別した。
• 従来の光曲線および径速度データから得られた1304 ± 6日という軌道周期を用いて、ケプラー軌道をフィットさせ、観測された伴星位置との整合性を検証した。
• ローチューポテンシャルモデルを仮定し、接触状態または共通エンvelope状態における半径比（0.42⁺⁰.³⁵₋₀.₁₀）から質量比を算出した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 従来の分光干渉計から推定されたV766 Cenの近接伴星が、複数エポックにわたる直接画像で明確な特徴として現れるか？
• RQ2 2014年の表面構造は2016年および2017年とどのように異なっているか？ これらの差異は、伴星が主星に対してどの位置にあるかを示唆するか？
• RQ3 2016年および2017年のコンパクトな特徴の見かけの大きさとコントラストは、伴星星または共通エンvelope構造によって説明可能か？
• RQ4 観測された伴星の軌道運動は、光度曲線および径速度データから事前に導かれた1304日という周期と整合的か？
• RQ5 この系の質量比は何か？ また、接触状態または共通エンvelope状態のシナリオを支持するか？

主な発見

• V766 Cenの平均ロザンデル角直径は4.1 ± 0.8 masであり、これは1575 ± 400 R☉に相当し、赤超巨星と整合的である。
• 主星の半径の約2.5倍の半径を有する拡張したMOLsphereが、Hバンドの全フラックスの約30％を占めている。
• 2014年の画像には、コントラスト約10％の複雑で伸びた構造が確認され、光球面対流セルとして解釈された。
• 2016年および2017年の画像からは、主星の西南縁に位置する、非常に明るく細い特徴が1つ確認された。
• この特徴の見かけの大きさは1.7 ± 0.3 masであり、半径650 ± 150 R☉に相当し、主星に対する半径比は0.42⁺⁰.³⁵₋₀.₁₀であった。
• 接触状態または共通エンvelope状態を仮定した場合、系の質量比は0.16⁺⁰.⁴⁰₋₀.₀⁷と推定され、伴星質量が5⁺¹⁵₋₃ M☉に相当する。