[論文レビュー] SPHERE / ZIMPOL observations of the symbiotic system R Aqr. I. Imaging of the stellar binary and the innermost jet clouds

H. M. Schmid, A. Bazzon+41 more|arXiv (Cornell University)|Mar 16, 2017

Adaptive optics and wavefront sensing参考文献 1被引用数 27

ひとこと要約

本研究では、恒星連星および最も内側のジェット雲を60 AUまで分解能を高めたSPHERE/ZIMPOLによる画像を提示している。ジェット系は非常に動的であり、強い密度勾配、短い再結合時間スケール（数日から数か月）、変動するHα発光を示しており、密な風環境下での軌道運動と衝撃相互作用によって駆動される急速な進化を示している。

ABSTRACT

R Aqr is a symbiotic binary system consisting of a mira variable, a hot companion with a spectacular jet outflow, and an extended emission line nebula. We have used R Aqr as test target for the visual camera subsystem ZIMPOL, which is part of the new extreme adaptive optics (AO) instrument SPHERE at the Very Large Telescope (VLT). We compare our observations with data from the Hubble Space Telescope (HST) and illustrate the complementarity of the two instruments. We determine from the Halpha emission the position, size, geometric structure, and line fluxes of the jet source and the clouds in the innermost region (<2") of R Aqr and determine Halpha emissivities mean density, mass, recombination time scale, and other cloud parameters. Our data resolve for the first time the R Aqr binary and we measure for the jet source a relative position 46+/-1 mas West of the mira. The central jet source is the strongest Halpha component. North east and south west from the central source there are many clouds with very diverse structures. We see in the SW a string of bright clouds arranged in a zig-zag pattern and, further out, more extended bubbles. In the N and NE we see a bright, very elongated filamentary structure and faint perpendicular "wisps" further out. Some jet clouds are also detected in the ZIMPOL [OI] and He I filters, as well as in the HST line filters for Halpha, [OIII], [NII], and [OI]. We determine jet cloud parameters and find a very well defined anti-correlation between cloud density and distance to the central binary. Future Halpha observations will provide the orientation of the orbital plane of the binary and allow detailed hydrodynamical investigations of this jet outflow and its interaction with the wind of the red giant companion.

研究の動機と目的

• 未だかつてない空間分解能で、連星R Aquariiの最も内側のジェット構造を解像すること。
• 密度、サイズ、輝度、動的時効などの物理的性質を含め、ジェット雲の性質を特徴づけること。
• 高速ジェット噴出と赤色巨星からの密な星風との流体力学的相互作用を調査すること。
• 軌道面の姿勢を特定することで、ジェットの前進とジェット構造の非対称性を理解すること。
• 将来的な雲の運動と輝度変化のモニタリングの基盤を提供し、ジェット噴出の物理を解明すること。

提案手法

• 近赤外波長で観測するため、高コントラスト画像法と偏光測定を併用した自适应光学機器SPHERE/ZIMPOLを用いた。
• 明るい星の光を抑えるために微分画像法と偏光法を適用し、ややこしい拡張したジェット構造を明らかにした。
• Hαの表面輝度と全光度を測定し、再結合時間スケールの議論を用いて電子密度を推定した。
• ジェット基部で約5×10⁷ cm⁻³から300 AUで約3×10⁵ cm⁻³への電子密度の径方向依存性をマッピングし、強い密度勾配を示した。
• ねじれのようないびつな雲、繊維状構造、弧状構造などの形態的特徴を分析し、雲の運動および衝撃ダイナミクスを推定した。
• 20年間にわたる形態的進化を検出するため、アーカイブHSTデータ（1991–1992年）を比較に用いた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 R Aquariiの最も内側のジェット雲の物理的性質（密度、サイズ、輝度）は何か？
• RQ2 ジェット全体にわたる再結合時間スケールはどのように変化するか？ そしてそれは輝度変動に何を示唆するか？
• RQ3 1990年代初頭のHST観測と比較して、観測されたジェット構造の形態的変化は何かを駆動しているか？
• RQ4 ジェット噴出は軌道面に垂直に向けられているか？ そして前進が点対称な弧状構造を説明できるか？
• RQ5 Hα発光雲は、ゆっくりとした星風内の衝撃励起領域か、噴出流内の放射的衝撃か、ジェットに巻き込まれた星風の塊か？

主な発見

• 電子密度は中心ジェット源で約5×10⁷ cm⁻³から300 AUで約3×10⁵ cm⁻³へと半径方向に減少し、強い密度勾配を示している。
• 再結合時間スケールは中心源で1週間未満、60 AUの内側の雲で約3週間、300 AUの外側の雲で約6か月である。
• Hαの表面輝度と輝度は、ジェット源からの距離が遠ざかるにつれて強く反比例しており、外部への励起効率の低下を示している。
• 雲の直径は源からの距離が増すにつれて増加する傾向にあるが、質量には明確な傾向は観測されなかった。
• 1991–1992年のHST観測から400 AU以内でジェットの形態が顕著に変化しており、高い動的活動性を示している。
• 短い再結合時間スケールとジェット源の軌道運動を考慮すると、ジェットは数日から数か月のスケールで著しく変動すると予想される。