[論文レビュー] Tests of stellar model atmospheres by optical interferometry IV: VINCI interferometry and UVES spectroscopy of Menkar

M. Wittkowski, J. P. Aufdenberg+4 more|ArXiv.org|Oct 5, 2006

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 39被引用数 19

ひとこと要約

本研究では、VLTI/VINCIのKバンド干渉計測とVLT/UVESの高分解能分光計測を組み合わせ、M1.5巨星α Cet（Menkar）の球対称PHOENIX星大気モデルを検証およびキャリブレーションする。高精度な視直径（12.20 mas ± 0.04 mas）とボロメトリック放射度から、効果的温度は3795 K ± 70 K、半径は89 ± 5 R⊙、光度は1460 ± 300 L⊙、質量は2.3 ± 0.2 M⊙が得られ、モデル予測はいずれの端面減光特性とも一致するが、高分解能でわずかな不一致が残存している。

ABSTRACT

We present K-band interferometric and optical spectroscopic observations of Menkar obtained with the instruments VINCI and UVES at Paranal Observatory. Spherically symmetric PHOENIX stellar model atmospheres are constrained by comparison to our interferometric and spectroscopic data, and high-precision fundamental parameters of Menkar are obtained. Our high-precision VLTI/VINCI observations in the first and second lobes of the visibility function directly probe the model-predicted strength of the limb darkening effect in the K-band and the stellar angular diameter. The high spectral resolution of UVES allows us to confront observed and model-predicted profiles of atomic lines and molecular bands. We show that our derived PHOENIX model atmosphere for Menkar is consistent with both the measured strength of the limb-darkening in the near-infrared K-band and the profiles of spectral bands around selected atomic lines and TiO bandheads. At the detailed level of our high spectral resolution, however, noticeable discrepancies between observed and synthetic spectra exist. We obtain a Rosseland angular diameter of Theta_Ross=12.20 mas pm 0.04 mas. Together with the Hipparcos parallax, it corresponds to R_Ross=89 pm 5 R_sun, and together with the bolometric flux to T_eff=3795 K pm 70 K.Our approach illustrates the power of combining interferometry and high-resolution spectroscopy to constrain and calibrate stellar model atmospheres. The simultaneous agreement of the model atmosphere with our interferometric and spectroscopic data increases confidence in the reliability of the modelling of this star, while discrepancies at the detailed level of the high resolution spectra can be used to further improve the underlying model.

研究の動機と目的

• 多波長の観測データを用いて、球対称PHOENIX星大気モデルの正確性を検証すること。
• 干渉計測と分光計測を統合した手法により、M1.5巨星α Ceti（Menkar）の基本的パラメータを高精度に制約すること。
• Kバンドにおけるモデル予測の端面減光と直接的な干渉計測結果との一貫性を評価すること。
• 原子線およびTiOバンドの高分解能（R = 80,000–110,000）分光スペクトルと観測スペクトルとの一致度を評価すること。
• 今後の大気モデルの改善に役立てるために、モデルと観測との間に残存する不一致を同定すること。

提案手法

• VLTI/VINCIを用いた近赤外Kバンド干渉計測により、星の可視度関数を測定し、端面減光および視直径を直接的に探査した。
• VLT/UVESを用いた高分解能光学分光計測（R = 80,000–110,000）により、370 nm から 1000 nm の範囲で原子線およびTiO分子バンドの詳細なプロファイルを分析した。
• 観測された干渉計測可視度データおよび分光プロファイルを、球対称PHOENIXモデル大気から生成された合成データと比較した。
• 干渉計測から得られたローゼランド視直径と分光的測光からのボロメトリック放射度を用いて、効果的温度、半径、光度を決定した。
• 導出された基本的パラメータに基づき、星の進化軌道を適用して質量および表面重力加速度を推定した。
• 観測スペクトルと合成スペクトルの光学的から近赤外域にかけての一致度を評価し、残存するスペクトル不一致を同定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 PHOENIXモデル大気が、α CetのKバンドにおける観測された端面減光の強度をどの程度正確に再現できるか？
• RQ2 PHOENIXモデルから生成された合成スペクトルが、UVESデータにおける原子線およびTiOバンドヘッドの高分解能プロファイルとどの程度一致するか？
• RQ3 干渉計測と分光計測の統合的制約から得られる、α Cetの最も正確な基本的星のパラメータ（Teff、R、L、M、log g）は何か？
• RQ4 R = 110,000における観測スペクトルと合成スペクトルとの不一致は、ラインリストの精度、対流の取り扱い、それ以外のモデル仮定の制限に起因するか？
• RQ5 モデルの球対称幾何学的形状が、Kバンドにおける端面減光予測に平面平行近似と比較して顕著な影響を及えるか？

主な発見

• VLTI/VINCI干渉計測を用いて、α Cetのローゼランド視直径を12.20 mas ± 0.04 masの高精度で測定した。
• 視直径と分光的測光からのボロメトリック放射度を用いて、効果的温度は3795 K ± 70 Kと導出された。
• 星の半径は89 ± 5 R⊙と決定され、進化軌道と整合的であった。
• 星の質量は2.3 ± 0.2 M⊙、表面重力加速度はlog g = 0.9 ± 0.1（cgs単位）と推定された。これは進化モデルに基づくものである。
• PHOENIXモデル大気は、Kバンドにおける測定された端面減光と観測スペクトルバンドの全体的形状の両方と一貫していた。
• 全体的な一貫性は保たれているが、特に線強度、位置、微細な分光的特徴において、観測スペクトルと合成スペクトルとの間に顕著な不一致が残存している。