[論文レビュー] Thermal infrared properties of classical and type II Cepheids Diffraction limited 10 microns imaging with VLT/VISIR

A. Gallenne, P. Kervella+1 more|arXiv (Cornell University)|Nov 30, 2011

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 3被引用数 21

ひとこと要約

本研究では、VLT/VISIRを用いて11個のセフェイド（8個の古典的セフェイド、3個のタイプIIセフェイド）の回折限界に近い熱赤外線画像を8.59–11.85 μmで取得し、10個の星で周囲星間物質膜（CSEs）を検出。脈動周期と赤外線過剰の相関を確認。CSEの放射度は星の光球面に対して最大で16.3 ％に達し、Cepheidの距離測定に影響を及ぼす広範な質量放出を示しており、特にJWSTの応用において重要である。

ABSTRACT

We present new thermal IR photometry and spectral energy distributions (SEDs) of eight classical Cepheids (type I) and three type II Cepheids, using VISIR thermal IR photometric measurements, supplemented with literature data. We used the BURST mode of the instrument to get diffraction-limited images at 8.59, 11.25 and 11.85 μm. The SEDs show a IR excess at wavelengths longer than 10μm in ten of the eleven stars. We tentatively attribute these excesses to circumstellar emission created by mass loss from the Cepheids. With some hypotheses for the dust composition, we estimated a total mass of the envelope ranging from 10-10 to 10-8 M\odot. We also detect a spatially extended emission around AX Cir, X Sgr, W Sgr, Y Oph and U Car while we do not resolve the circumstellar envelope (CSE) for the other stars. The averaged circumstellar envelope brightnesses relative to the stellar photosphere are α(AX Cir) = 13.8\pm2.5%, α(X Sgr) = 7.9\pm1.4%, α(W Sgr) = 3.8\pm0.6%, α(Y Oph) = 15.1\pm1.4% and α(U Car) = 16.3\pm1.4% at 8.59 μm. With this study, we extend the number of classical Cepheids with detected CSEs from 9 to 14, confirming that at least a large fraction of all Cepheids are experiencing significant mass loss. The presence of these CSEs may also impact the future use of Cepheids as standard candles at near and thermal infrared wavelengths.

研究の動機と目的

• 高分解能画像を用いて古典的セフェイドおよびタイプIIセフェイドの熱赤外線的性質を調査すること。
• 回折限界の10 μm画像を用いて、セフェイド周囲の周囲星間物質膜（CSEs）を検出し、特徴を明らかにすること。
• CSEsが全赤外線放射度に与える寄与を定量し、セフェイドの距離測定に与える影響を評価すること。
• 脈動周期と赤外線過剰の相関を調べ、質量放出メカニズムを理解すること。
• 古典的セフェイドに拡張する前に、既知のタイプIIセフェイドを用いてモデル化手法を検証すること。

提案手法

• VLTのVISIR機器のBURSTモードを用いて、8.59、11.25、11.85 μmで回折限界に近い画像を取得。
• 大気の乱流を補償するため、数千枚の短露出フレームにシフトアンドアド技術を適用し、回折限界分解能を達成。
• データキューブにおける機器的および熱的バックグラウンドアーチファクトを低減するため、チョップ・ノード技術を用いた。
• 最終的な合成画像に対してアパーチャー光度測定を実施し、放射度を抽出し、スペクトルエネルギー分布（SED）を構築。
• 空間的に拡張した放射成分が星の光球面をはるかに超えて存在するかを特定するため、フーリエ解析を用いた。
• 標準的なダスト特性を仮定し、赤外線過剰からダスト組成をモデル化し、全膜質量を推定。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 古典的セフェイドおよびタイプIIセフェイドは、周囲星間物質によって赤外線過剰を示すか？
• RQ2 セフェイド周囲の周囲星間物質膜（CSEs）は10 μmでどの程度の空間的広がりと放射度寄与を示すか？
• RQ3 脈動周期と熱赤外線におけるCSEの相対的放射度の間に相関があるか？
• RQ4 CSEの存在は、とりわけJWSTを想定したセフェイドの距離測定の正確性にどのように影響するか？
• RQ5 CSEはセフェイド質量不一致および脈動駆動型質量放出メカニズムにどのような意味を持つのか？

主な発見

• 11個のセフェイドのうち10個（古典的8個、タイプII3個）が10 μmより長い波長で顕著な赤外線過剰を示し、周囲星間物質による放射を示している。
• 8.59 μmにおけるCSEの光球面に対する明るさの比は、W Sgrで3.8 ％（最小）からU Carで16.3 ％（最大）まで変動し、Y OphおよびU Car周辺で最大の過剰が検出された。
• 5つの星（AX Cir、X Sgr、W Sgr、Y Oph、U Car）は空間的に解像された拡張放射を示したが、他の星は回折限界で未解像のままだった。
• 古典的セフェイドにおけるCSE検出数を9から14に拡張し、CSEがセフェイドに広く存在することを確認。
• 脈動周期と8.6 μmにおけるCSE放射度の間には正の相関が確認され、以前のKバンドの結果と整合的であり、周期が長いセフェイドほど質量放出が強いことを示唆。
• 全膜質量の推定値は10⁻¹⁰から10⁻⁸ M☉の範囲にあり、脈動による衝撃波とダスト形成によって駆動される質量放出の仮説を支持する。