[논문 리뷰] Direct diameter measurement of a star filling its Roche Lobe: The semi-detached binary SS Leporis spatially resolved with VINCI/VLTI

Tijl Verhoelst, E. van Aarle외 1명|Lirias (KU Leuven)|2007. 05. 30.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 22인용 수 10

한 줄 요약

이 연구는 VINCI/VLTI를 사용한 K-대역 간섭계를 통해 별이 Roche 로브를 직접 공간적으로 해상도를 확보한 최초의 사례를 제시한다. 반별행성계 SS Leporis의 M형 거대성은 Roche 로브를 완전히 채운 것으로 확인된다. 관측 결과는 원형성진 먼지 디스크를 드러내며, A형 주성의 질량 수용으로 인해 팽창하여 고광도와 쉘 스펙트럼을 나타내는 것으로 설명된다. 비보존적 질량 이 trasfer는 디스크의 기하학적 구조와 투과도 특성으로 확인된다.

ABSTRACT

Stellar evolution in close binary systems is strongly influenced by mass transfer from one star to the other when one component fills its zero-velocity surface or Roche Lobe. SS Lep is a fairly nearby close binary showing the Algol paradox and a shell spectrum, both indicative of (past) mass transfer. To study the process of mass transfer and its evolutionary consequences, we aim at a direct characterisation of the spatial dimensions of the different components of SS Lep with IR interferometry. We use VINCI/VLTI interferometric observations in the K band and photometric observations from the UV to the far-IR. The visibilities are interpreted with simple geometrical models and the Spectral Energy Distribution (SED) is decomposed into the three main components: A star, M star and dust shell/disk. From the SED, we find that the main emitters in the K band are the M star and the circumstellar environment. Both are spatially resolved with the VINCI observations, showing the excess to be circumbinary and showing the M star to have a size equal to its Roche Lobe. We conclude that we have, for the first time, directly resolved a star filling its Roche Lobe. The resulting mass transfer is probably the cause of (1) the circumbinary dust disk of which we see the hot inner region spatially resolved in our observations, (2) the unusually high luminosity of the A star and (3) the shell spectrum seen in the UV and optical spectra.

연구 동기 및 목표

• 근적외선 간섭계를 사용하여 밀접한 이중성 SS Leporis의 구성 성분의 공간적 치수를 직접 측정하는 것.
• 반별행성계 진화에서 질량 이 trasfer의 핵심 조건인 M형 항성이 Roche 로브를 채우고 있는지 확인하는 것.
• 특히 K-대역에서 먼지 과잉의 성격과 기하학적 특성과 같은 원형성진 환경을 특성화하는 것.
• 질량 이 trasfer가 A형 주성에 미치는 진화적 영향, 특히 강화된 광도와 반경에 대해 조사하는 것.
• 관측된 먼지 분포와 투과도 특성을 분석하여 비보존적 질량 이 trasfer 가설을 검증하는 것.

제안 방법

• 4.7m에서 121m까지의 기준선을 사용하여 VINCI/VLTI를 통해 근적외선 간섭계 관측을 수행하여 K-대역 볼륨을 측정하였다.
• 자외선에서 적외선까지의 복사계량 데이터를 취합하여 전체 스펙트럼 에너지 분포(Spectral Energy Distribution, SED)를 구성하였다.
• 간섭계 볼륨 데이터에 기하학적 모델을 적합시켜 M형 항성과 원형성진 구성 요소의 천체적 크기를 결정하였다.
• 광도 분해 기법을 사용하여 SED를 A형 항성, M형 항성, 먼지 껍질/디스크 기여도로 분해하였다.
• 비정질 실리케이트 투과도 상수를 사용하여 관측된 K-대역 과잉과 이론적 투과도 모델을 비교함으로써 먼지 기하학을 제약 조건화 하였다.
• 기울기와 궤도 파rameter를 사용하여 진짜 크기와 질량 이 trasfer 역학을 추론하였으며, 낮은 흡수와 단파장 과잉의 부재에 기반해 면면 방향 디스크 기하학을 가정하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 반별행성계 모델이 예측한 바와 같이 SS Leporis의 M형 항성이 Roche 로브를 채우고 있는가?
• RQ2 K-대역에서 M형 항성과 그 원형성진 환경의 진짜 물리적 크기와 구조는 무엇인가?
• RQ3 원형성진 먼지의 기하학적 구조와 투과도는 어떻게 되며, 디스크형 또는 구형 구조를 지지하는가?
• RQ4 A형 주성에 대한 질량 수용이 반경과 광도에 어떤 영향을 미치며, 이는 이론 모델과 일치하는가?
• RQ5 질량 이 trasfer 과정은 보존적인가? 관측된 먼지 분포에 기반한 증거는 이를 지지하거나 반박하는가?

주요 결과

• SS Leporis의 M형 항성은 직접적으로 해상도가 확보되었으며, Roche 로브와 동일한 반경을 가지며, 영속성 표면을 채우고 있음이 확인되었다.
• K-대역 과잉은 주로 M형 항성과 원형성진 먼지에 의해 지배되며, 양측 모두 공간적으로 해상도가 확보되어, 원형이중 디스크가 구형 껍질이 아니라며 이를 지지한다.
• 먼지 기하학은 얼굴이 보이는, 투과도가 높은 디스크로 가장 잘 설명되며, 온도는 약 1250 K로, 큰 입자(약 0.1 mm)를 포함하는 디스크와 작은 입자들로 이루어진 바람을 지닌 것으로 일치한다.
• A형 주성의 반경은 약 18 R⊙로, 일반적인 A1V 항성보다 크게 팽창되어 있으며, 이는 연간 약 ~2×10⁻⁴ M⊙의 속도로 질량 수용으로 인한 것이다.
• 시스템의 고광도와 쉘 스펙트럼은 계속 진행 중인 비보존적 질량 이 trasfer로 기인하며, M형 항성이 손실한 물질로 형성된 먼지 디스크에 기인한다.
• 강한 단파장 과잉이 없으므로, 뜨겁고 구형 대칭의 원형성진 껍질은 배제되며, 거의 면면 방향으로 보이는 디스크형 구조를 지지한다.