[논문 리뷰] Multi-epoch VLTI-PIONIER imaging of the supergiant V766 Cen: Image of the close companion in front of the primary

M. Wittkowski, F. J. Abellán외 11명|arXiv (Cornell University)|2017. 09. 27.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 21인용 수 10

한 줄 요약

이 연구는 다중 에포크 VLTI-PIONIER 적외선 간섭계 영상 기법을 사용하여 거대한 빨간 초거성 V766 Cen을 해상하고, 가까운 일식을 하는 연성의 존재를 확인한다. 2016년과 2017년의 영상에서는 항성 가장자리에 위치한 밝고 날렵한 구조물이 나타나며, 반지름이 650 ± 150 R☉로 측정되는데, 이는 주성 앞에 위치한 연성 또는 공통 대류권으로 해석된다. 반면 2014년 데이터는 단지 대류 세포 구조만을 보여주어 궤도 운동과 질량 비율 0.16⁺⁰.⁴⁰₋₀.₀⁷을 확인한다.

ABSTRACT

The star V766 Cen (=HR 5171A) was originally classified as a yellow hypergiant but lately found to more likely be a 27-36 Msun red supergiant (RSG). Recent observations indicated a close eclipsing companion in the contact or common-envelope phase. Here, we aim at imaging observations of V766 Cen to confirm the presence of the close companion. We used near-infrared H -band aperture synthesis imaging at three epochs in 2014, 2016, and 2017, employing the PIONIER instrument at the Very Large Telescope Interferometer (VLTI). The visibility data indicate a mean Rosseland angular diameter of 4.1+/-0.8 mas, corresponding to a radius of 1575+/-400 Rsun. The data show an extended shell (MOLsphere) of about 2.5 times the Rosseland diameter, which contributes about 30% of the H-band flux. The reconstructed images at the 2014 epoch show a complex elongated structure within the photospheric disk with a contrast of about 10%. The second and third epochs show qualitatively and quantitatively different structures with a single very bright and narrow feature and high contrasts of 20-30%. This feature is located toward the south-western limb of the photospheric stellar disk. We estimate an angular size of the feature of 1.7+/-0.3 mas, corresponding to a radius of 650+/-150 Rsun, and giving a radius ratio of 0.42+0.35/-0.10} compared to the primary stellar disk. We interpret the images at the 2016 and 2017 epochs as showing the close companion, or a common envelope toward the companion, in front of the primary. At the 2014 epoch, the close companion is behind the primary and not visible. Instead, the structure and contrast at the 2014 epoch are typical of a single RSG harboring giant photospheric convection cells. The companion is most likely a cool giant or supergiant star with a mass of 5+15/-3 Msun.

연구 동기 및 목표

• 고각해상도 간섭계를 사용하여 거대한 빨간 초거성 V766 Cen의 가까운 연성을 직접 영상화하는 것.
• 주성의 표면 구조를 해상하고, 대류 세포와 연성에 의해 유도된 왜곡을 구분하는 것.
• 이전에 스펙트로-간섭계 데이터에 의해 제안된, 접촉 또는 공통 대류권 단계에 있는 가까운 일식 연성의 가정을 검증하는 것.
• 다중 에포크 영상과 이전의 광도 곡선 및 속도 데이터와의 일관성을 바탕으로 시스템의 궤도 기하학과 질량 비율을 결정하는 것.
• SN1987A의 원형성과 유사한 시스템에 대한 관측적 확인을 제공하는 것 — 여기서 저질량 연성이 거대한 빨간 초거성과 상호작용한다.

제안 방법

• 2014년, 2016년, 2017년 세 에포크에 걸쳐 Very Large Telescope Interferometer (VLTI)의 PIONIER 기구를 사용하여 다중 에포크 적외선 H-대역 개구면 합성 영상 촬영.
• 고역동 범위 영상 재구성에 적합한 가시도 및 클로처 위상 데이터 처리.
• 표면 비균일성과 항성 표면의 날렵한 구조를 해상하기 위해 모델에 의존하지 않는 영상 재구성 기법 적용.
• 대류 세포와 연성에 의해 유도된 구조를 구분하기 위해 3차원 유체역학적 시뮬레이션과 재구성 영상 비교.
• 이전 광도 곡선과 속도 데이터에서 유도된 궤도 주기 1304 ± 6 d를 기반으로 케플러 궤도를 피팅하여 관측된 연성 위치와의 일관성 검증.
• 로치 잠재력 모델을 사용하여 접촉 또는 공통 대류권 구조를 가정할 때 반지름 비율 (0.42⁺⁰.³⁵₋₀.₁₀) 에서 질량 비율 계산.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 이전에 스펙트로-간섭계를 통해 유추된 V766 Cen의 가까운 연성이, 여러 에포크에 걸쳐 직접 영상에서 명확한 특징으로 나타나는가?
• RQ2 2014년에 관측된 표면 구조는 2016년과 2017년의 관측과 어떻게 다름으로써, 이 차이가 주성에 대한 연성의 위치에 대해 어떤 함의를 갖는가?
• RQ3 2016년과 2017년에 관측된 날렵한 구조물의 상대적 크기와 대비는 연성 별 또는 공통 대류권으로서 설명될 수 있는가?
• RQ4 관측된 연성의 궤도 운동은 이전에 광도 및 속도 데이터에서 유도된 1304일의 주기와 일치하는가?
• RQ5 이 시스템의 질량 비율은 얼마이며, 이는 접촉 또는 공통 대류권 단계의 시나리오를 지지하는가?

주요 결과

• V766 Cen의 평균 로사엘란드 각지름은 4.1 ± 0.8 mas이며, 이는 반지름 1575 ± 400 R☉에 해당하여 빨간 초거성과 일치한다.
• 약 2.5배의 로사엘란드 지름 반지름을 가진 확장된 MOLsphere가 H-대역에서 약 30%의 광도 기여를 한다.
• 2014년 영상에서는 대조도 약 10%의 복잡한 기하학적 연장 구조를 보이며, 이는 대류 세포로 해석된다.
• 2016년과 2017년 영상에서는 주성의 남서 가장자리에 위치한 단일의 매우 밝고 좁은 구조물이 나타나며, 대조도는 20~30%이다.
• 이 구조물의 각지름은 1.7 ± 0.3 mas이며, 반지름은 650 ± 150 R☉에 해당하며, 주성에 대한 반지름 비율은 0.42⁺⁰.³⁵₋₀.₁₀이다.
• 접촉 또는 공통 대류권 구조를 가정할 경우 시스템의 질량 비율은 0.16⁺⁰.⁴⁰₋₀.₀⁷로 추정되며, 이는 약 5⁺¹⁵₋₃ M☉의 연성 질량과 일치한다.