[논문 리뷰] An incisive look at the symbiotic star SS Leporis -- Milli-arcsecond imaging with PIONIER/VLTI

Nicolas Blind, H. M. J. Boffin외 5명|arXiv (Cornell University)|2011. 12. 07.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 40인용 수 22

한 줄 요약

PIONIER/VLTI를 사용한 밀리아크세컨드 해상도 간섭측정을 통해 이 연구는 병렬 이중성 SS Leporis의 내부 구조를 해독하여, M 거대성의 Roche 루프가 포화되어 있지 않음을 밝혀냈다. 대신 질량 이 trasfer는 바람 Roche 루프 과잉 방식으로 일어나며, A형 항성 주위에 질량 집적 원판이 존재하는 강력한 증거가 있다. 이는 이전 모델과 비교해 시스템의 질량 비율과 항성 크기를 크게 재조정한 결과이다.

ABSTRACT

Context. Determining the mass transfer in a close binary system is of prime importance for understanding its evolution. SS Leporis, a symbiotic star showing the Algol paradox and presenting clear evidence of ongoing mass transfer, in which the donor has been thought to fill its Roche lobe, is a target particularly suited to this kind of study. Aims. Since previous spectroscopic and interferometric observations have not been able to fully constrain the system morphology and characteristics, we go one step further to determine its orbital parameters, for which we need new interferometric observations directly probing the inner parts of the system with a much higher number of spatial frequencies. Methods. We use data obtained at eight different epochs with the VLTI instruments AMBER and PIONIER in the H- and K-bands. We performed aperture synthesis imaging to obtain the first model-independent view of this system. We then modelled it as a binary (whose giant is spatially resolved) that is surrounded by a circumbinary disc. Results. Combining these interferometric measurements with previous radial velocities, we fully constrain the orbit of the system. We then determine the mass of each star and significantly revise the mass ratio. The M giant also appears to be almost twice smaller than previously thought. Additionally, the low spectral resolution of the data allows the flux of both stars and of the dusty disc to be determined along the H and K bands, and thereby extracting their temperatures. Conclusions. We find that the M giant actually does not stricto sensus fill its Roche lobe. The mass transfer is more likely to occur through the accretion of an important part of the giant wind. We finally rise the possibility for an enhanced mass loss from the giant, and we show that an accretion disc should have formed around the A star.

연구 동기 및 목표

• 고각해상도 간섭측정을 통해 병렬 이중성 SS Leporis의 궤도 및 구조적 매개변수를 해독하기.
• 이전에 추정된 바와 같이 M 거대성이 Roche 루프를 채우는지, 아니면 다른 메커니즘을 통해 질량 이 trasfer가 일어나는지 확인하기.
• 모델에 의존하지 않는 이미징을 통해 이중성 구성원의 질량과 원환형 주위 디스크의 기하학적 구조를 제약하기.
• 역학적 및 운동학적 제약 조건을 바탕으로 A형 항성 주위에 질량 집적 원판이 존재하는지, 그 성질은 어떠한지 조사하기.
• 시스템의 진화 상태를 평가하고, 후-AGB 진화 및 행 星망원성 성운 형성에 미치는 영향을 분석하기.

제안 방법

• H- 및 K-대역에서 VLTI의 PIONIER 및 AMBER 장치를 사용해 8개의 간섭측정 데이터 에포크를 확보하여 고공간 주파수 샘플링을 확보하였다.
• 모델에 의존하지 않는 시스템 밝기 분포의 밀리아크세컨드 해상도 이미징을 위해 개구부 합성 이미징을 수행하였다.
• 간섭측정 데이터를 궤도 속도 측정치와 결합하여 궤도 요소(주기, 이심률, 기울기, 반장축)를 완전히 제약하였다.
• 이중성에서 중심에 A형 항성이 있는 해상도가 높은 거대성 항성과 원환형 먼지 디스크를 둘러싸고 있는 시스템으로 모델링하였다.
• 궤도 속도 곡선과 간섭측정 가시도를 사용해 질량 함수를 유도하고 개별 질량과 질량 비율을 추정하였다.
• 역동학적 및 Roche 루프 과잉 역학에 기반해 각운동량 보존 원칙을 적용해 질량 집적 원판의 최소 반경을 추정하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 이전에 스펙트로스코픽 및 간섭측정 데이터로부터 유추된 바와 같이, SS Leporis의 M 거대성이 Roche 루프를 채우는가?
• RQ2 이중성 시스템의 진정한 질량 비율은 무엇이며, 이는 이전 추정치와 어떻게 비교되는가?
• RQ3 A형 항성 주위에 질량 집적 원판 존재에 대한 직접적 증거가 있는가? 그 예상 크기와 구조는 어떠한가?
• RQ4 질량 이 trasfer 메커니즘의 본질은 무엇인가? Roche 루프 과잉인지, 바람 Roche 루프 과잉인지이며, 이는 시스템의 진화에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 원환형 주위 디스크의 존재와 잠재적 질량 손실은 시스템의 장기적 진화에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• SS Leporis의 M 거대성은 이전에 Roche 루프 과잉 모델에 기반해 유추된 바와 달리, 엄격하게 Roche 루프를 채우지 않는다.
• 질량 비율은 이전 추정치인 1/q = 3.50 ± 0.57와 비교해 유의미하게 낮아 q = 1.85 ± 0.25로 재조정되었으며, 이는 이전에 예상된 것보다 더 질량이 큰 A 항성이 있음을 시사한다.
• M 거대성의 반경은 약 15 R☉로 추정되었으며, 이는 이전 추정치의 약 절반으로, 이전에 생각된 것보다 더 작은 항성 크기를 시사한다.
• 이 시스템은 바람 Roche 루프 과잉으로 가장 잘 설명되며, 거대성의 별풍의 상당 부분이 A 항성에 의해 집적된다.
• A 항성 주위에 질량 집적 원판이 형성되어 있을 가능성이 있으며, 예상 반경은 약 33 R☉이며, 시각적 직경은 0.8–1 mas로, 향후 고해상도 장치의 관측 대상이 될 수 있다.
• 이 시스템은 후-AGB 시스템으로 진화할 직전 단계에 있으며, M 거대성은 약 170,000년 내로 백색왜성으로 변할 것으로 예상되며, 비구형 행 星망원성 성운 형성 가능성이 있다.