[논문 리뷰] Multiplicity of Galactic Cepheids from long-baseline interferometry. II. The Companion of AX Circini revealed with VLTI/PIONIER

A. Gallenne, A. Mérand외 7명|arXiv (Cornell University)|2013. 12. 06.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 31인용 수 21

한 줄 요약

이 연구는 VLTI/PIONIER 장기기준선 간섭계를 사용하여 Cepheid AX Circini의 근접한 연성성을 공간적으로 해상하고, 그의 투영 분리(29.2 ± 0.2 mas)와 H-대역 복사율 비율(0.83 ± 0.14%)을 측정하여 시스템의 총 질량에 대한 하한을 9.7 ± 0.6 M☉로 산정하였다. 결과는 Cepheid 이중성계에서의 역학적 질량 추정과 거리 보정에 중요한 제약 조건을 제공한다.

ABSTRACT

Aims: We aim at detecting and characterizing the main-sequence companion of the Cepheid AX Cir ($P_\mathrm{orb} \sim $ 18 yrs). The long-term objective is to estimate the mass of both components and the distance to the system. Methods: We used the PIONIER combiner at the VLT Interferometer to obtain the first interferometric measurements of the short-period Cepheid AX Cir and its orbiting component. Results: The companion is resolved by PIONIER at a projected separation $ρ= 29.2 \pm 0.2$ mas and projection angle $PA = 167.6 \pm 0.3^{\circ}$. We measured $H$-band flux ratios between the companion and the Cepheid of $0.90 \pm 0.10$ % and $0.75 \pm 0.17$ %, respectively at a pulsation phase for the Cepheid $ϕ= 0.24$ and 0.48. The lower contrast at $ϕ= 0.48$ is due to increased brightness of the Cepheid compared to the $ϕ= 0.24$. This gives an average apparent magnitude $m\mathrm{_H (comp)} = 9.06 \pm 0.24$ mag. The limb-darkened angular diameter of the Cepheid at the two pulsation phases was measured to be $θ_\mathrm{LD} = 0.839 \pm 0.023$ mas and $θ_\mathrm{LD} = 0.742 \pm 0.020$ mas, respectively at $ϕ= 0.24$ and 0.48. A lower limit on the total mass of the system was also derived based on our measured separation, we found $M_\mathrm{T} \geq 9.7 \pm 0.6 M_\odot$.

연구 동기 및 목표

• Cepheid AX Cir의 근접 주계열 연성성을 ~18년의 알려진 궤도 주기를 가진 상태에서 탐지하고 특성화하기.
• 고각해상도 간섭계를 사용하여 연성성의 천체적 위치와 복사율 비율을 측정하기.
• 측정된 투영 분리와 궤도 주기를 바탕으로 이중성계의 총 질량에 대한 하한을 유도하기.
• 이중성계에서의 역학적 질량 측정을 가능하게 하여 Cepheid 질량 불일치 문제를 해결하는 데 기여하기.
• 궤도 정위상과 함께 기하학적 거리 보정을 지원하고, 해상된 이중성계를 활용하여 Leavitt 법칙 보정을 향상시키기.

제안 방법

• 고공간 해상도의 볼록도 및 폐쇄 위상 측정을 위해 Very Large Telescope Interferometer(VLTI)에서 PIONIER 빔 결합기를 활용하였다.
• 시스템을 균일한 디스크(Cepheid)와 점원소(연성성)로 모델링하고, 간섭계 데이터에 적합시켜 각도적 분리와 복사율 비율을 유도하였다.
• 연무의 가장자리 어두움을 고려한 디스크 모델링을 통해 Cepheid의 각지름을 두 개의 펄세이션 단계(φ = 0.24 및 φ = 0.48)에서 측정하였다.
• 2MASS H-대역 등급을 사용하여 복사율 비율을 보정하고, E(B−V) = 0.262 및 RV = 3.23을 사용하여 간섭성 우주성 흡수를 보정하였다.
• Kepler의 제3법칙을 적용하여 투영 분리와 궤도 주기를 바탕으로 총 시스템 질량에 대한 하한을 유도하였다.
• 측정된 분리를 K-대역 주기-광도 거리(d = 500 ± 10 pc)와 결합하여 절대 등급과 질량 제약 조건을 추정하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 장기기준선 간섭계를 사용하여 AX Circini의 근접한 연성성을 공간적으로 해상할 수 있는가?
• RQ2 다른 펄세이션 단계에서 Cepheid와 그 연성성 간의 H-대역 복사율 비율은 얼마인가?
• RQ3 Cepheid에 대한 연성성의 투영 각지름 분리와 위치각은 얼마인가?
• RQ4 간섭계 측정을 바탕으로 이중성계의 총 질량에 대해 어떤 하한을 설정할 수 있는가?
• RQ5 이러한 측정치는 Cepheid 질량 불일치 문제 해결과 거리 보정 향상에 어떻게 기여하는가?

주요 결과

• AX Circini의 연성성은 투영 분리 29.2 ± 0.2 mas, 위치각 167.8 ± 0.3°에서 공간적으로 해상되었다.
• 연성성과 Cepheid 간의 H-대역 복사율 비율은 0.83 ± 0.14%로 측정되었으며, 평균 시각 등급은 mH(comp) = 9.06 ± 0.24 mag였다.
• 연무의 가장자리 어두움을 고려한 Cepheid의 각지름은 φ = 0.24에서 0.839 ± 0.023 mas에서 φ = 0.48에서 0.742 ± 0.020 mas로 감소하여 펄세이션 변화와 일치하였다.
• 투영 분리와 궤도 주기를 바탕으로 총 시스템 질량에 대한 하한으로 9.7 ± 0.6 M☉가 도출되었다.
• 유도된 질량 하한은 Cepheid의 펄세이션 질량 약 5.1 M☉와 연성성의 스펙트럼 유형 B6V에 따른 추정 질량 5 M☉와 일치하였다.
• 이 연구는 간섭계를 사용하여 근접한 Cepheid 연성성을 해상하고 특성화하는 것이 가능함을 보여주었으며, 향후 궤도 해법과 역학적 질량 결정에 기여할 수 있음을 시사한다.