[論文レビュー] The dust disk and companion of the nearby AGB star L2 Puppis - SPHERE/ZIMPOL polarimetric imaging at visible wavelengths

P. Kervella, M. Montargès+7 more|Universidad de Chile|Nov 13, 2015

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 37被引用数 42

ひとこと要約

本研究では、近隣のAGB星L2 Puppis（64 pc）の近くにほぼ縁面に近いほどのほこりの円盤が存在することを、可視光域でのSPHERE/ZIMPOL偏光撮像によって確認し、2 AUの分離で近接した伴星を検出する。高分解能の偏光マップは、らせん状の特徴と直交するほこりのストリームを有する三次元円盤構造を明らかにし、この系が二重星相互作用とほこりのコリメートによって駆動される、双極性星雲形成の初期段階にある可能性を示唆している。

ABSTRACT

The bright southern star L2 Pup is a particularly prominent asymptotic giant branch (AGB) star, as its distance of 64 pc makes it the nearest of its type. We report new adaptive optics observations of L2 Pup at visible wavelengths with the SPHERE/ZIMPOL instrument of the VLT that confirm the presence of the circumstellar dust disk at high inclination discovered recently by Kervella et al. (2014b). The signature of the three-dimensional structure of the disk is clearly observed in the map of the degree of linear polarization pL. We identify the inner rim of the disk through its polarimetric signature at a radius of 6 AU from the AGB star. The ZIMPOL intensity images in the V and R bands also reveal a close-in secondary source at a projected separation of 2 AU from the primary. The identification of the spectral type of this companion is uncertain due to the strong reddening from the disk, but its photometry suggests that it is a late K giant, of comparable mass to the AGB star. We present refined physical parameters for the dust disk derived using the RADMC-3D radiative transfer code. We also interpret the pL map using a simple polarization model to infer the three-dimensional structure of the envelope. Interactions between the inner binary system and the disk apparently form spiral structures that propagate along the orthogonal axis to the disk to form streamers. Two dust plumes propagating orthogonally to the disk are also detected. They originate in the inner stellar system, and are possibly related to the interaction of the wind of the two stars with the material in the disk. Based on the morphology of the envelope of L2 Pup, we propose that this star is at an early stage of the formation of a bipolar planetary nebula.

研究の動機と目的

• 近接するAGB星L2 Puppisの周囲ほこり大気の三次元幾何構造を特定すること。
• L2 Puppis系に存在する伴星の有無と性質を調査し、それが円盤の形態に与える影響を検討すること。
• 観測された円盤および噴流が、双極性星雲形成の初期段階を示しているかどうかを評価すること。
• 二重星相互作用が進化した星における非対称的物質放出を形作る役割を検証すること。
• 可視光域での偏光測定が、縁面に近いほこりを含む周囲環境を探査するのに有効であるかどうかを検証すること。

提案手法

• VLTのSPHERE/ZIMPOLを用いた高対比・ diffraction限界の偏光撮像法、可視光域（VバンドおよびRバンド）で実施。
• 線形偏光度（pL）マップの解析により、ほこり分布および散乱幾何の三次元構造を推定。
• RADMC-3Dを用いた放射線輸送モデリングにより、ほこり円盤の物理的パラメータ（温度、密度、スケール高さ）を導出。
• 観測された偏光パターンを単純な散乱モデルと比較し、円盤の傾きとフラーリング（flaring）を制約。
• PSFおよび光度校正用標準星（例：β Col）を用いて、機器に起因する影響を補正し、ダイナミックレンジを向上。
• 強度データと偏光データを組み合わせ、微弱な伴星を検出し、散乱光アーチファクトと区別すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 L2 Puppis周囲のほこり円盤の真の三次元幾何構造は何か？
• RQ2 L2 Puppis系に恒星の伴星が存在するか？その軌道分離距離とスペクトル型は何か？
• RQ3 観測されたらせん状の構造と直交するほこりのストリームは、どのように形成されたのか？
• RQ4 観測された形態は、二重星に起因する円盤のコリメートと風の相互作用によって説明可能か？
• RQ5 L2 Puppisは、双極性星雲形成の初期段階に位置していると見なせるか？

主な発見

• L2 Puppis周囲のほこり円盤はほぼ縁面に近く、傾き82°であることが偏光マップの特徴的シグネチャにより確認された。
• 内縁は明確な偏光シグネチャにより6 AUの半径で同定された。
• 主星から投影距離2 AUの位置に近接した伴星が検出され、光度測定から質量がAGB星と同等の後期K型巨星である可能性が示唆された。
• らせん状の構造と2本の直交するほこりのストリームが観測され、これらは二重星系と円盤の相互作用によって形成された可能性がある。
• フラーリングした円盤の幾何構造と直交する噴流は、双極的物質放出をコリメートする役割を果たす可能性を示しており、この系が双極性星雲形成の初期段階にあることを示唆している。
• 今後のALMA観測の優れた候補であり、CO線およびSiOメーザー画像を用いてガスの運動学と円盤モデルを検証できる。