[論文レビュー] The convective photosphere of the red supergiant CE Tau. I. VLTI/PIONIER H-band interferometric imaging

M. Montargès, Ryan Norris+4 more|Lirias|Feb 16, 2018

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 47被引用数 9

ひとこと要約

本研究では、VLTI/PIONIERを用いて赤超巨星CE Tauの最初の高解像度Hバンド干渉像を取得した。その結果、1か月間にわたり最小限の変化を示す低対比（5–6%）の対流構造を持つ光球面が明らかになった。これらの結果は、CE Tauが静穏な対流状態にあるか、またはシミュレーションと比較してやや高温であるために対比が抑制されている可能性を示唆し、赤超巨星の3次元放射移動流体力学モデルに挑戦するものである。

ABSTRACT

Context. Red supergiant stars are one of the latest stages in the evolution of massive stars. Their photospheric convection may play an important role in the launching mechanism of their mass loss; however, its characteristics and dynamics are still poorly constrained. Aims. By observing red supergiant stars with near infrared interferometry at different epochs, we expect to reveal the evolution of bright convective features on their stellar surface. Methods. We observed the M2Iab-Ib red supergiant star CE Tau with the VLTI/PIONIER instrument in the H band at two different epochs separated by one month. Results. We derive the angular diameter of the star and basic stellar parameters, and reconstruct two reliable images of its H-band photosphere. The contrast of the convective pattern of the reconstructed images is $5 \pm 1 \%$ and $6 \pm 1 \%$ for our two epochs of observation. Conclusions. The stellar photosphere shows few changes between the two epochs. The contrast of the convective pattern is below the average contrast variations obtained on 30 randomly chosen snapshots of the best matching 3D radiative hydrodynamics simulation: $23 \pm 1~\%$ for the original simulation images and $16 \pm 1~\%$ for the maps degraded to the reconstruction resolution. We offer two hypotheses to explain this observation. CE Tau may be experiencing a quiet convective activity episode or it could be a consequence of its warmer effective temperature (hence its smaller radius) compared to the simulation.

研究の動機と目的

• 近赤外干渉計を用いて、M2Iab-Ib型赤超巨星CE Tauの光球面を高角分解能で撮像すること。
• 1か月間の時間的基準で、星の表面における対流構造の時間的変化を調査すること。
• 観測された光球面特徴を3次元放射移動流体力学（RHD）シミュレーションと比較し、モデルの妥当性を評価すること。
• 更新された干渉計および光度測定データを用いて、星のパラメータ（角直径、質量、年齢）を精緻化すること。
• 観測された対比レベルが赤超巨星における質量放出メカニズムに与える意味を検討すること。

提案手法

• 1か月間の時間間隔をあける2回の観測を、VLTI/PIONIERを用いてCE TauのHバンド干渉計観測で実施した。
• モデルに依存しない画像再構成技術を用いて、星の光球面の信頼性の高い強度マップを生成した。
• 古典的でスポット的なモデルと3次元RHDシミュレーションを用い、再構成画像と比較して対流パターンの対比を評価した。
• アーカイブ光度測定データを用いて角直径を補正し、進化モデルを用いて更新された星のパラメータを導出した。
• 径方向カット解析を適用して、星のディスク全体における対比の変動を評価し、縁減衰効果を検証した。
• 回転角度と星のパラメータを一致させることで、シミュレーションのスナップショットと観測結果を直接比較可能にした。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 CE Tauの光球面におけるHバンドでの対流構造の空間的形状と対比は何か？
• RQ2 観測された対流パターンは1か月間の期間でどのように変化するか？
• RQ3 観測された対流特徴の対比は、3次元放射移動流体力学シミュレーションの予測と比べてどうか？
• RQ4 観測値とシミュレーション値の対比の乖離の原因は何か？星の表面温度や活動状態が要因である可能性はあるか？
• RQ5 観測された特徴は、赤超巨星における対流に基づく質量放出メカニズムをどれほど支持するか、あるいは反証するか？

主な発見

• CE Tauの角直径は1.85 ± 0.02 masに精緻化され、質量（16.5 ± 1.5 M☉）および年齢（11.5 ± 0.5 Myr）を含む更新された星のパラメータが得られた。
• CE Tauの光球面の2つの信頼性のあるHバンド画像が再構成され、2回の観測でそれぞれ5 ± 1%および6 ± 1%の対流対比が確認された。
• 観測された対比は、最も適合する3次元RHDシミュレーションの対比（元の画像で23 ± 1%、解像度低下後で16 ± 1%）よりも顕著に低かった。
• 観測では、ディスクの縁に向かって対比が増加する傾向が見られた。これは、表面の不均一性や残留する縁減衰効果に起因する可能性がある。
• 一方、シミュレーションでは、中心から縁に向かって対比が減少する傾向を示しており、観測と異なり、より中心に集中した不均一性を示している。
• 観測された低対比は、CE Tauが静穏な対流状態にあるか、またはシミュレーションと比較して表面温度が高いため対流対比が抑制されている可能性を示唆している。