[논문 리뷰] An interferometric study of the post-AGB binary 89 Herculis I Spatially resolving the continuum circumstellar environment at optical and near-IR wavelengths with the VLTI, NPOI, IOTA, PTI, and the CHARA Array

M. Hillen, Tijl Verhoelst외 10명|Lirias (KU Leuven)|2013. 08. 30.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 84인용 수 27

한 줄 요약

이 연구는 VLTI, NPOI, IOTA, PTI 및 CHARA Array를 이용한 다중 파장 광학 및 적외선 간섭계를 통해 후-AGB 이중성 89 Herculis의 원성주 환경을 공간적으로 해상화한다. 원성주 먼지가 산란시킨 광선으로부터 35–40%의 광학적 복사원소 기여를 직접적으로 처음으로 확인하였으며, 이는 이중성 원환성 디스크의 패딩된 내부 가장자리에 국한되어 있다. 이는 이러한 시스템의 에너지 예산에 대한 기존 가정을 도전하며, 밝기 추정치에 산란광을 고려할 필요성을 강조한다.

ABSTRACT

Binary post-AGB stars are interesting laboratories to study both the evolution of binaries as well as the structure of circumstellar disks. A multiwavelength high angular resolution study of the prototypical object 89 Herculis is performed with the aim of identifying and locating the different emission components seen in the SED. A large interferometric data set, collected over the past decade and covering optical and near-IR wavelengths, is analyzed with simple geometric models. Combining the interferometric constraints with the photometry and the optical spectra, we reassess the energy budget of the post-AGB star and its circumstellar environment. We report the first (direct) detection of a large (35-40%) optical circumstellar flux contribution and spatially resolve its emission region. Given this large amount of reprocessed and/or redistributed optical light, the fitted size of the emission region is rather compact and fits with(in) the inner rim of the circumbinary dust disk. This rim dominates our K band data through thermal emission and is rather compact, emitting significantly already at a radius of twice the orbital separation. We interpret the circumstellar optical flux as due to a scattering process, with the scatterers located in the extremely puffed-up inner rim of the disk and possibly also in a bipolar outflow seen pole-on. A non-LTE gaseous origin in an inner disk cannot be excluded but is considered highly unlikely. This direct detection of a significant amount of circumbinary light at optical wavelengths poses several significant questions regarding our understanding of both post-AGB binaries and the physics in their circumbinary disks. Although the identification of the source of emission/scattering remains inconclusive without further study on this and similar objects, the implications are manifold.

연구 동기 및 목표

• 고각해상도 간섭계를 이용해 후-AGB 이중성 89 Herculis의 연속 원성주 환경을 광학 및 근적외선 파장에서 해상화하기.
• 스펙트럼 에너지 분포(SpE)에 기여하는 복사원소의 기원을 규명하고, 특히 광학 과잉의 기원을 특정하기.
• 직접 복사된 별빛과 재처리 및 산란된 빛 성분을 분리함으로써 항성 밝기와 원성주 에너지 예산을 재평가하기.
• 소형 복사 영역의 특성에 비추어 산란, 이중성 분출 또는 디스크 허브가 관측된 광학 복사원소를 설명하는 데 기여하는 바를 평가하기.
• 산란광의 기여를 정량화함으로써 기존의 에너지 분포에 대한 가정을 도전하고, 후-AGB 이중성에서의 에너지 분포에 대한 이해를 재정립하기.

제안 방법

• VLTI, NPOI, IOTA, PTI 및 CHARA Array에서 확보한 다중 장비 간섭계 데이터 세트를 10년 간격으로 광학 및 근적외선 파장에 걸쳐 편성하였다.
• 간섭계 복사율을 보정하고 광도 보정된 광학 스펙트럼 및 광도 데이터와 융합하여 SED를 제약하였다.
• 간단한 기하학적 모델을 적용하여 간섭계 데이터를 피팅하였으며, 이는 압축된 디스크 성분과 산란광 성분을 포함하였다.
• 복사율 측정값에서 원성주 복사 영역의 크기와 복사원소를 유도하였으며, 오차 분석을 통해 불확도를 전파하였다.
• 거리 1.5 kpc를 가정하여 원성주 복사원소 기여를 SED에서 제거함으로써 항성 밝기를 재평가하였다.
• 재처리 및 산란광의 지배 정도를 평가하기 위해 F_IR/F_★ 및 F_RP/F_★ 비율을 계산함으로써 에너지 예산을 재평가하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 후-AGB 이중성 89 Herculis의 광학 복사원소 과잉은 공간적으로 어디까지 퍼져 있으며, 그 기원은 무엇인가?
• RQ2 관측된 광학 복사원소는 디스크의 내부 가장자리에서의 산란 또는 이중성 분출에 의해 설명될 수 있는가?
• RQ3 산란광을 포함함으로써 유도된 항성 밝기 및 중심 항성의 물리적 크기는 어떻게 영향을 받는가?
• RQ4 원성주 환경은 근적외선 및 광학 복사원소에 얼마나 기여하는가? 이는 디스크 기하학 및 높이에 대해 어떤 시사점을 갖는가?
• RQ5 비국소 열역학 평형(non-LTE) 기체 방출을 고려하지 않고도 수동적 원환성 디스크 모델이 관측된 간섭계 및 광도 데이터를 재현할 수 있는가?

주요 결과

• 원성주 환경은 광학 복사원소의 35–40%를 기여하며, 이는 후-AGB 이중성에서 산란광 성분이 직접적으로 처음으로 확인된 사례이다.
• 복사 영역은 압축되어 있으며, 직경은 0.435 ± 0.008 mas로 원환성 먼지 디스크의 내부 가장자리와 일치한다.
• 거리 1.5 kpc에서 원성주 복사원소 기여를 SED에서 제거함으로써 항성 밝기가 13,400 L⊙에서 8,350 L⊙로 재평가되었다.
• 적외선 복사원소 대 항성 복사원소 비율(F_IR/F_★)은 0.62이며, 모든 적외선 복사원소가 재처리되었다면 디스크의 반개구역 각도가 67.5°로 매우 넓다는 것을 시사한다.
• 산란된 광학 복사원소 대 항성 복사원소 비율(F_RP/F_★)은 1.29로, 비등방성 산란 과정이 일어나고 있음을 나타내며, 이는 일반적으로 디스크 평면 위의 물질에서 발생할 가능성이 높다.
• 내부 디스크에서의 비-LTE 기체 기원은 매우 불가능한 것으로 평가되며, 패딩된 내부 가장자리에서의 산란 또는 이중성 분출에서 기인할 가능성이 높다.