[論文レビュー] VEGA/CHARA interferometric observations of Cepheids. I. A resolved structure around the prototype classical Cepheid delta Cep in the visible spectral range

N. Nardetto, A. Mérand+24 more|Universidad de Chile|Sep 23, 2016

Stellar, planetary, and galactic studies被引用数 8

ひとこと要約

本研究は、δ Cepの全脈動周期にわたる可視波長の分解能を有する干渉計観測を、VEGA/CHARA装置を用いて初めて実施した。周囲星間環境（CSE）のサイズは8.9±3.0 mas、フラックス寄与は7±1%であると検出されたが、高空間周波数における正体不明の視差二乗値の乖離が明らかとなり、単純なモデルでは捉えきれない複雑な力学的効果（例：リバーブレーションや衝撃波）の存在を示唆している。

ABSTRACT

The B-W method is used to determine the distance of Cepheids and consists in combining the angular size variations of the star, as derived from infrared surface-brightness relations or interferometry, with its linear size variation, as deduced from visible spectroscopy using the projection factor. While many Cepheids have been intensively observed by infrared beam combiners, only a few have been observed in the visible. This paper is part of a project to observe Cepheids in the visible with interferometry as a counterpart to infrared observations already in hand. Observations of delta Cep itself were secured with the VEGA/CHARA instrument over the full pulsation cycle of the star. These visible interferometric data are consistent in first approximation with a quasi-hydrostatic model of pulsation surrounded by a static circumstellar environment (CSE) with a size of theta_cse=8.9 +/- 3.0 mas and a relative flux contribution of f_cse=0.07+/-0.01. A model of visible nebula (a background source filling the field of view of the interferometer) with the same relative flux contribution is also consistent with our data at small spatial frequencies. However, in both cases, we find discrepancies in the squared visibilities at high spatial frequencies (maximum 2sigma) with two different regimes over the pulsation cycle of the star, phi=0.0-0.8 and phi=0.8-1.0. We provide several hypotheses to explain these discrepancies, but more observations and theoretical investigations are necessary before a firm conclusion can be drawn. For the first time we have been able to detect in the visible domain a resolved structure around delta~Cep. We have also shown that a simple model cannot explain the observations, and more work will be necessary in the future, both on observations and modelling.

研究の動機と目的

• 原型的古典的セフェイドであるδ Cepの全脈動周期にわたる高分解能可視波長干渉計観測を取得すること。
• Baade-Wesselink法における仮定、すなわち可視光と赤外線波長で観測される光球面が脈動中に同じ深さに位置することを検証すること。
• 可視光帯域におけるδ Cepの周囲星間環境（CSE）または拡張構造の検出と特徴化すること。
• 高空間周波数における観測値とモデル化された視差二乗値の乖離を調査することにより、未モデル化の力学的効果の可能性を検討すること。

提案手法

• CHARAアレイのVEGAビームコンビナで、全脈動周期（位相φ = 0.0–1.0）にわたるδ Cepの干渉計観測を実施した。
• 空間周波数0.2から3の範囲で視差二乗値を測定し、星のディスクおよび拡張構造への感度を確保した。
• データを、脈動する星のディスクと静的なCSEまたは背景源の組み合わせでフィットさせ、フラックス寄与と角直径をモデル化した。
• 一定の端部暗黒係数と投影係数pを仮定した理論モデルと観測値を比較し、位相依存のずれの有無を検証した。
• 分光観測および流体力学的シミュレーションの制約を用いて、リバーブレーション、衝撃波、非軸対称脈動といった代替的物理的説明を評価した。
• 統計的分析を用いて乖離の有意性を評価し、視差の振る舞いが位相φ = 0.0–0.8とφ = 0.8–1.0の2つの異なる領域に分けられることを特定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 δ Cepの可視波長干渉計観測は、解像された周囲星間環境（CSE）または拡張放射を明らかにするか？
• RQ2 観測された視差二乗値は、脈動するディスクと静的なCSEまたは背景源の単純なモデルと整合性があるか？
• RQ3 なぜ高空間周波数で顕著な乖離が生じ、それが脈動位相に依存して変化するのか？
• RQ4 位相依存の効果（例：リバーブレーションや衝撃波）が、観測された視差のずれを説明できるか？
• RQ5 端部暗黒係数の変化や非軸対称脈動は、観測された乖離にどの程度寄与しているか？

主な発見

• VEGA/CHARA観測により、δ Cepの周囲に8.9±3.0 masの解像された周囲星間環境（CSE）が検出され、フラックス寄与は7±1%であった。
• 静的なCSEまたは背景源を含むモデルは低空間周波数ではデータに適合するが、高空間周波数における視差の乖離を説明できない。
• 視差二乗値の乖離は最大で2σの有意水準に達し、位相φ = 0.0–0.8とφ = 0.8–1.0の2つの明確な領域に分けられる。
• 位相依存の振る舞いは、リバーブレーションのような時間的に変化する照明効果を示唆しており、CSEのフラックス寄与が可視光で赤外線よりも高いことから、可視光でより顕著に現れる可能性がある。
• 流体力学的シミュレーションと分光観測データは、強い端部暗黒係数の変化や光球面近辺の衝撃波の存在を支持しないことから、一部の代替的説明を除外した。
• 非軸対称脈動はあり得ない。高精度の宇宙望遠鏡による光度観測と分光観測では、δ Cepに非軸対称脈動の存在を支持する証拠が得られておらず、また、任意の伴星寄与もフラックスで1%未満である。