[論文レビュー] The radii and limb darkenings of Alpha Centauri A and B - Interferometric measurements with VLTI/PIONIER

P. Kervella, Lionel Bigot+2 more|arXiv (Cornell University)|Oct 19, 2016

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 71被引用数 30

ひとこと要約

本研究では、VLTI/PIONIERを用いてHバンド（1.65 μm）でαセントauriAおよびBの極めて高精度な干渉測定を行い、limb-darkened角直径およびlimb darkeningパラメータを測定した。Aの半径は1.2234 ± 0.0053 R☉、Bの半径は0.8632 ± 0.0037 R☉であり、それぞれのpower-law limb darkening指数は0.1404 ± 0.0050および0.1545 ± 0.0044であった。これらの結果は、現在の1次元および3次元星の大気モデルがlimb darkeningを過剰に予測していることと顕著な不一致を示している。

ABSTRACT

The photospheric radius is one of the fundamental parameters governing the radiative equilibrium of a star. We report new observations of the nearest solar-type stars Alpha Centauri A (G2V) and B (K1V) with the VLTI/PIONIER optical interferometer. The combination of four configurations of the VLTI enable us to measure simultaneously the limb darkened angular diameter thetaLD and the limb darkening parameters of the two solar-type stars in the near-infrared H band (lambda = 1.65 microns). We obtain photospheric angular diameters of thetaLD(A) = 8.502 +/- 0.038 mas (0.43%) and thetaLD(B) = 5.999 +/- 0.025 mas (0.42%), through the adjustment of a power law limb darkening model. We find H band power law exponents of alpha(A) = 0.1404 +/- 0.0050 (3.6%) and alpha(B) = 0.1545 +/- 0.0044 (2.8%), which closely bracket the observed solar value (alpha_sun = 0.15027). Combined with the parallax pi = 747.17 +/- 0.61 mas recently determined, we derive linear radii of RA = 1.2234 +/- 0.0053 Rsun (0.43%) and RB = 0.8632 +/- 0.0037 Rsun (0.43%). The power law exponents that we derive for the two stars indicate a significantly weaker limb darkening than predicted by both 1D and 3D stellar atmosphere models. As this discrepancy is also observed on near-infrared limb darkening profile of the Sun, an improvement of the calibration of stellar atmosphere models is clearly needed. The reported PIONIER visibility measurements of Alpha Cen A and B provide a robust basis to validate the future evolutions of these models.

研究の動機と目的

• 近接する太陽型星であるαセントauri AおよびBの光球半径およびlimb darkeningプロファイルを高精度で測定すること。
• 1次元および3次元星の大気モデルの予測するlimb darkeningと直接的な干渉測定結果を比較することで、現在のモデルの正確性を評価すること。
• 太陽に近い星のパラメータを持つ星に対して、将来的な星の大気モデルの改善のための強固なベンチマークを提供すること。
• 高精度な干渉測定データを用いて、基本的星のパラメータを検証・補正し、Gaiaミッションや系外惑星の transit モデリングを支援すること。
• spots や近接した連星系の存在が可視度測定に与える影響を検討するため、表面の不均一性を調査すること。

提案手法

• 4つの異なる基線設定を用いて、Hバンド（λ ≈ 1.65 μm）でVLTI/PIONIERのビームコンビナーを用いて干渉測定を実施し、空間分解能と安定性を向上させた。
• 複数の基線および位置角でαセントauri AおよびBの二乗可視度を測定し、角直径およびlimb darkeningパラメータを抽出した。
• 観測された可視度曲線をpower-law limb darkeningモデルでフィットさせ、limb darkening指数αを導出し、角直径θ_LDを自由パrameterとして扱った。
• Kervellaら（2016）のパラメータ（π = 747.17 ± 0.61 mas）と組み合わせて、測定された角直径から太陽単位での線形半径を計算した。
• 可視度の残差を分析し、二重星モデルと比較することで、spots や微弱な連星の存在を調査した。
• 太陽のlimb darkeningと比較し、観測された可視度プロファイルが1次元および3次元星の大気モデルの予測と一致するかを検証した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Hバンドにおけるαセントauri AおよびBの正確なlimb-darkened角直径は何か？
• RQ2 αセントauri AおよびBの測定されたlimb darkeningプロファイルは、1次元および3次元星の大気モデルの予測とどのように異なるか？
• RQ3 現在のモデル大気は、直接的な干渉測定と比較して、limb darkeningをどの程度過剰に予測しているか？
• RQ4 観測されたlimb darkeningプロファイルの不一致は、モデリング技術の制限や大気構造の仮定の誤りに起因するものか？
• RQ5 これらの高精度な測定結果は、基本的星のパラメータの補正および将来的な系外惑星のtransitモデリングにどのような影響を与えるか？

主な発見

• αセントauri Aのlimb-darkened角直径は8.502 ± 0.038 masであり、相対誤差は0.43%であった。
• αセントauri Bのlimb-darkened角直径は5.999 ± 0.025 masであり、相対誤差は0.42%であった。
• αセントauri AのHバンドにおけるpower-law limb darkening指数はα(A) = 0.1404 ± 0.0050であり、太陽値の0.15027よりもわずかに低い値であった。
• αセントauri BのHバンドにおけるpower-law limb darkening指数はα(B) = 0.1545 ± 0.0044であり、太陽値をわずかに上回っていた。
• 導出された線形半径は、αセントauri Aが1.2234 ± 0.0053 R☉、αセントauri Bが0.8632 ± 0.0037 R☉であり、以前の測定結果と整合的であった。
• 観測されたlimb darkeningプロファイルは、1次元および3次元星の大気モデルと顕著な不一致を示しており、特に可視度関数の第二ローブでlimb darkeningが系統的に過剰に予測されていた。