[논문 리뷰] GCIRS 7, a pulsating M1 supergiant at the Galactic centre. Physical properties and age

T. Paumard, O. Pfuhl외 11명|HAL (Le Centre pour la Communication Scientifique Directe)|2014. 06. 20.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 55인용 수 8

한 줄 요약

이 연구는 VLTI의 PIONIER를 사용하여 은하중심에 위치한 M1 초거대항성 GCIRS 7의 최초로 H-대역 간섭측정 관측을 수행한다. 이는 광구 직경 1.076±0.093 mas(960±92 R☉), 약 470일 및 약 2700일 주기의 변동성 빛의 밝기 변화, K-대역에서의 원환성 과잉을 확인한다. 유도된 물리적 파라미터와 연령(6.5–10 Myr)은 이 별이 은하중심에서 최근에 일어난 별 형성 사건의 핵심 지표임을 확인하며, 다른 연령 지표들과 일치한다.

ABSTRACT

The stellar population in the central parsec of the Galaxy is dominated by an old (several Gyr) population, but young, massive stars dominate the luminosity function. We have studied the most luminous of these stars, GCIRS 7, in order to constrain the age of the recent star formation event in the Galactic Centre and to characterise it as an interferometric reference for observations of the Galactic Centre with the instrument GRAVITY, which will equip the Very Large Telescope Interferometer in the near future. We present the first H-band interferometric observations of GCIRS 7, obtained using the PIONIER visitor instrument on the VLTI using the four 8.2-m unit telescopes. In addition, we present unpublished K-band VLTI/AMBER data, build JHKL light-curves based on data spanning 4 decades, and measured the star's effective temperature using SINFONI spectroscopy. GCIRS 7 is marginally resolved at H-band (in 2013: uniform-disk diameter=1.076+/-0.093mas, R=960+/-92Rsun at 8.33+/-0.35kpc). We detect a significant circumstellar contribution at K-band. The star and its environment are variable in brightness and in size. The photospheric H-band variations are well modelled with two periods: P0~470+/-10 days (amplitude ~0.64mag) and long secondary period LSP~2700-2850 days (~1.1mag). As measured from CO equivalent width, =3600+/-195K. The size, periods, luminosity (=-8.44+/-0.22) and effective temperature are consistent with an M1 supergiant with an initial mass of 22.5+/-2.5Msun and an age of 6.5-10Myr (depending on rotation). This age is in remarkable agreement with most estimates for the recent star formation event in the central parsec. Caution should be taken when using this star as an interferometric reference as it is variable in size, is surrounded by a variable circumstellar environment and large convection cells may form on its photosphere.

연구 동기 및 목표

• 은하중심에서 최근 별 형성 사건의 연령을 GCIRS 7을 핵심 항성 지표로 사용하여 제약하는 것.
• 다중 파장 간섭측정 및 스펙트럼 데이터를 통해 GCIRS 7의 물리적 성질, 즉 크기, 온도, 변동성 등을 특성화하는 것.
• 향후 VLTI에서 GRAVITY 관측을 위한 고정밀 간섭측정 장치에 적합한 단계 기준점 또는 볼륨 보정자로서 GCIRS 7의 적합성을 평가하는 것.
• 광도, 스펙트럼 및 간섭측정 데이터를 통합하여 중심 군집의 모순되는 연령 추정치를 조율하는 것.

제안 방법

• 2003년에서 2013년 사이에 VLTI의 네 대의 8.2m 유닛 천체망원경을 사용하여 PIONIER 기구를 통해 H-대역 간섭측정 데이터를 확보하였다.
• 비공개된 K-대역 VLTI/AMBER 데이터를 분석하여 원환성 기여 및 변동성을 탐지하였다.
• 거의 40년에 걸친 기록 자료에서 JHKL 밝기 곡선을 구축하여 장기적 밝기 변화를 연구하였다.
• SINFONI 적층 스펙트럼 분석을 통해 효과적 온도를 측정하고, CO 등가 폭을 유도하여 T_eff를 추정하였다.
• 주기성 분석 및 균일 디스크 직경 피팅을 통해 광구 및 원환성 변동성을 모델링하였다.
• 광도, 온도, 크기 측정치를 통합하여 진화 모델을 통해 초기 질량와 연령을 유추하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 GCIRS 7의 진정한 연령은 무엇이며, 이는 은하중심에서 최근 별 형성 사건의 시기 제약에 어떻게 기여하는가?
• RQ2 고정밀 간섭측정 장치인 GRAVITY에 대해 GCIRS 7가 단계 기준점 또는 볼륨 보정자로서 얼마나 적합한가?
• RQ3 GCIRS 7에서 관측된 광도 변화의 원인은 무엇이며, 짧은 주기와 긴 주기는 그 물리적 구조와 어떻게 관련되는가?
• RQ4 원환성 환경은 관측된 K-대역 광도와 볼륨에 얼마나 기여하는가?
• RQ5 GCIRS 7의 물리적 파라미터(크기, 온도, 광도)는 22.5±2.5 M☉인 M1 초거대항성의 진화 모델과 일치하는가?

주요 결과

• GCIRS 7의 H-대역에서 균일 디스크 직경은 1.076±0.093 mas이며, 거리 8.33±0.35 kpc에서 반지름 960±92 R☉에 해당한다.
• 이 별은 두 가지 명백한 광도 주기, P₀ ≈ 470±10일(진폭 ≈ 0.64 mag)과 P_LSP ≈ 2700–2850일(진폭 ≈ 1.1 mag)을 보인다.
• CO 등가 폭 분석을 통해 효과적 온도는 T_eff = 3,600±195 K로 측정되었다.
• 볼룸트릭 등급은 <M_bol> = -8.44±0.22로, 初기 질량 22.5±2.5 M☉인 빛나는 M1 초거대항성과 일치한다.
• K-대역 AMBER 데이터는 약 20%의 원환성 과잉을 확인하여 별 주변에 다량의 먼지 또는 기체 방출이 있음을 시사한다.
• 유도된 연령 6.5–10 Myr는 이전의 중심 군집의 HR도 및 다른 항성 지표에 기반한 추정과 뛰어난 일치를 보이며, 2.5–5.8 Myr의 더 어린 연령 주장과 모순된다.