[論文レビュー] The diameter of the CoRoT target HD 49933. Combining the 3D limb darkening, asteroseismology, and interferometry

Lionel Bigot, D. Mourard+22 more|arXiv (Cornell University)|Oct 5, 2011

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 37被引用数 4

ひとこと要約

本研究は、CoRoTの対象星HD 49933の3D放射流体力学的極端減光モデルとCHARA/VEGAアレイからの干渉計測定、および星震学的周波数間隔を組み合わせることで、1.42 ± 0.04 R☉の高精度な半径を導出した。干渉計測定による半径に加え、星震学的制約を組み合わせることで、星の質量（1.20 ± 0.08 M☉）、年齢（2.7 Gyr）、有効温度（6640 ± 100 K）、金属量（[Fe/H] = -0.38）が強く制約され、従来の分光および光度測定による不確実性が解消された。

ABSTRACT

Context. The interpretation of stellar pulsations in terms of internal structure depends on the knowledge of the fundamental stellar parameters. Long-base interferometers permit us to determine very accurate stellar radii, which are independent constraints for stellar models that help us to locate the star in the HR diagram. Aims: Using a direct interferometric determination of the angular diameter and advanced three-dimensional (3D) modeling, we derive the radius of the CoRoT target HD 49933 and reduce the global stellar parameter space compatible with seismic data. Methods: The VEGA/CHARA spectro-interferometer is used to measure the angular diameter of the star. A 3D radiative hydrodynamical simulation of the surface is performed to compute the limb darkening and derive a reliable diameter from visibility curves. The other fundamental stellar parameters (mass, age, and Teff) are found by fitting the large and small p-mode frequency separations using a stellar evolution model that includes microscopic diffusion. Results: We obtain a limb-darkened angular diameter of θLD = 0.445 \pm 0.012 mas. With the Hipparcos parallax, we obtain a radius of R = 1.42 \pm 0.04 Rsun. The corresponding stellar evolution model that fits both large and small frequency separations has a mass of 1.20 \pm 0.08 Msun and an age of 2.7 Gy. The atmospheric parameters are Teff = 6640 \pm 100 K, log g = 4.21 \pm 0.14, and [Fe/H] = -0.38.

研究の動機と目的

• CoRoTの対象星HD 49933の基本的星のパラメータの不確実性を低減すること。この星は分光的および光度的制約が曖昧である。
• 独立的な半径測定を用いて、星がヘルツシュプラング＝ラッセル（HR）図における位置をよりよく制約すること。
• 干渉計測定による直径と3D放射移動流体力学および星震学的周波数間隔を組み合わせ、自己整合的なモデルを構築すること。
• 従来の分光的推定値（T_effおよびlog g）との不一致を解消し、星震学的および干渉計測定データの両方に適合するモデルを提供すること。

提案手法

• 730 nmの波長で、66–221 mの基線を用いたVEGA/CHARA長基線干渉計を用いて、HD 49933の視角直径を測定した。
• 3D放射移動流体力学的シミュレーションを用いて極端減光プロファイルを計算し、可視度曲線の正確なモデリングと視角直径の導出を可能にした。
• ヒッパルコスの視差を用いて表面輝度－直径関係を適用し、視角直径を物理的半径1.42 ± 0.04 R☉に変換した。
• 大周期および小周期周波数間隔を観測値に一致させるために、微視的拡散および対流（Canuto & Mazzitelli形式）を含む星の進化モデルのグリッド（CESAM2kコードを用いて）をフィッティングした。
• 高オーバートーンのℓ = 0, 1, 2 モードの固有振動数を計算し、回転による歪み補正を適用してフィッティング品質を向上させた。
• 中心部の過剰対流を0.35として採用し、観測値と計算値の間の大きな（Δₙ,ₗ）および小さな（δₙ,ₗ）周波数間隔の差を最小化することで、モデルを最適化した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 HD 49933の正確な半径は何か？ それは星がHR図においてどの位置にあるかをどのように制約するか？
• RQ2 1D近似と比較して、3D極端減光モデルは干渉計測定による直径測定の精度をどのように向上させるか？
• RQ3 物理的混合および拡散を含む単一の星のモデルで、大周期および小周期の星震学的周波数間隔を同時にフィットできるか？
• RQ4 干渉計測定半径と星震学的データを組み合わせた場合、得られる基本的パラメータ（質量、年齢、T_eff、log g、[Fe/H]）は何か？
• RQ5 得られたパラメータは、従来の分光的および光度的推定値とどのように比較されるか？

主な発見

• 3D極端減光補正済み可視度曲線に基づき、HD 49933の極端減光を考慮した視角直径は0.445 ± 0.012 masであった。
• 物理的半径は1.42 ± 0.04 R☉であり、表面輝度－直径関係と整合的で、光度校正に依存しない。
• 最良のフィットモデルでは、質量が1.20 ± 0.08 M☉、年齢が2.7 Gyrであり、小周期周波数間隔のフィットには中心部の過剰対流0.35が必要であった。
• 有効温度は6640 ± 100 K、log g = 4.21 ± 0.14、[Fe/H] = -0.38であり、ストルムグレン光度測定とよく一致し、金属不足のF型星と整合的であった。
• 回転による歪み効果を含めた場合、大周期および小周期周波数間隔の両方のフィッティング精度が、従来の研究を上回った。
• 得られたパラメータは、従来の分光的推定値（例：Hβ線に基づくT_eff ≈ 6500 K）との不一致を解消し、3Dモデリング手法の妥当性を裏付けた。