[논문 리뷰] The circumstellar envelopes of the Cepheids L Car and RS Pup - Comparative study in the infrared with Spitzer, VLT/VISIR and VLTI/MIDI

P. Kervella, A. Mérand외 1명|arXiv (Cornell University)|2009. 02. 10.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 57인용 수 32

한 줄 요약

이 연구는 밝은 펄서형 항성 ℓ Car와 RS Pup의 원형성 환경(CSE)을 특성화하기 위해 스피itzer, VLT/VISIR, VLTI/MIDI에서 확보한 다중 파장 적외선 관측 자료를 사용한다. 두 항성 모두 100–1000 AU 범위에서 지속적인 질량 손실에 의해 발생하는 따뜻한 CSE를 지닌 것으로 밝혀졌으며, RS Pup의 광범위한 냉각 먼지 껍질(약 100,000 AU)은 우주간 기원일 가능성이 높아, 그 희귀성과 함께 초기 형성 단계에서 고밀도의 우주간 환경이 필요한 것으로 설명된다.

ABSTRACT

[Abridged] - Context: Circumstellar envelopes (CSEs) around Cepheids are particularly interesting as they could impact the Cepheid distance scale, and imply stellar mass loss. Aims: Our goal is to establish the spatial and spectral properties of the CSEs of L Car and RS Pup. This is done through a parametrization of the envelopes in terms of fractional flux (with respect to the star) and angular size. - Methods: We retrieved archival Spitzer images of the two stars (3.5-70 mic), and obtained new imaging with the VLT/VISIR camera in BURST mode (8.6-11.9 mic), as well as interferometry with VLTI/MIDI (8-13 mic). This combination allows us to probe the envelopes over arcminute to milliarcsecond scales. - Results: The CSE of RS Pup is resolved at 24 and 70 mic by Spitzer, and around 10 mic by MIDI and VISIR. The compact envelope of L Car is resolved only in the VISIR and MIDI observations. However, the properties of the IR excesses differ considerably : a warm component is present around both stars at a spatial scale of a few 100 to a few 1 000 AU, but RS Pup presents in addition a large (several 100 000 AU) and cold (~40 K) dusty envelope. - Conclusions: We propose that the reflection nebula surrounding RS Pup has an interstellar origin, while the warm CSEs of both stars were created by ongoing stellar mass loss. Such warm circumstellar envelopes are probably common around Cepheids.

연구 동기 및 목표

• 장주기 펄서형 항성 ℓ Car와 RS Pup 주위의 원형성 환경(CSE)의 공간적 및 스펙트럼적 특성을 특성화하기 위해.
• 관측된 적외선 과잉이 항성 질량 손실에서 기인하는지 아니면 외부의 우주간 물질에서 기인하는지 규명하기 위해.
• CSE가 펄서형 항성 주기-광도 관계 및 거리 기반 캘리브레이션에 미치는 영향을 평가하기 위해.
• RS Pup 주위에 둘러싸인 큰 냉각 먼지 nebulas의 형성 메커니즘을 조사하기 위해.

제안 방법

• 확장된 적외선 방출을 맵핑하기 위해 고해상도 Spitzer IRAC 및 MIPS 이미지(3.5–70 µm)를 확보하였다.
• 8.6–11.9 µm 범위에서 BURST 모드로 VLT/VISIR를 사용해 회절 한계 해상도의 이미징을 수행하여 밀도 높은 구조를 해상하였다.
• 8–13 µm 범위에서 VLTI/MIDI를 사용해 밀리초각 단위의 구조를 탐사하였다.
• 3.5–70 µm 범위에서 단일 반사계와 간섭계 데이터를 융합하여 넓은 각도 동적 범위(분미에서 밀리초각까지)를 확보하였다.
• 광도 비율 및 각도 크기 매개변수화를 사용해 CSE의 스펙트럼 에너지 분포를 모델링하였다.
• 고해상도 관측에서Atmospheric 및 장비 효과를 보정하기 위해 위상 기반 참조 기법을 적용하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 ℓ Car와 RS Pup 주위의 원형성 환경의 공간적 및 스펙트럼적 특성은 무엇인가?
• RQ2 두 항성의 따뜻한 CSE 성분이 지속적인 항성 질량 손실과 일치하는가?
• RQ3 유사한 광도와 진동 주기에도 불구하고, 왜 RS Pup 주위의 냉각 먼지 껍질은 ℓ Car에서는 관측되지 않는가?
• RQ4 RS Pup의 큰 냉각 껍질이 항성 기원이 아닌 우주간 기원일 수 있는가?
• RQ5 이러한 CSE가 펄서형 항성 주기-광도 관계 및 거리 기반 캘리브레이션에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• Spitzer는 RS Pup의 원형성 환경을 24 µm 및 70 µm에서 해상하였으며, VISIR 및 MIDI는 약 10 µm에서 해상하였다. 이는 약 100,000 AU 거리에 위치한 냉각 먼지 껍질(온도 약 40 K)이 있음을 드러내었다.
• ℓ Car의 CSE는 훨씬 더 작고, VISIR 및 MIDI에 의해 오직 약 10 µm에서만 해상되었으며, RS Pup의 환경보다 공간적 스케일이 작음을 시사한다.
• 두 항성 모두 약 10 µm에서 뚜렷한 따뜻한 CSE 성분을 보이며, 공간 스케일은 100–1,000 AU 범위로서 지속적인 항성 질량 손실과 일치한다.
• RS Pup의 냉각 먼지 껍질은 ℓ Car 주위에서는 관측되지 않아, 이러한 큰 환경은 초기 형성 단계에서 항성의 원형성 환경 주변의 고밀도 우주간 매질(ISM)이 필요함을 시사한다.
• CSE의 스펙트럼적 및 공간적 특성은 RS Pup의 냉각 성분이 우주간 기원일 가능성이 높으며, 주계열 단계 동안 항성의 바람과 자외선 복사에 의해 형성되었음을 암시한다.
• 두 항성 모두 따뜻한 CSE를 지닌다는 점은 이러한 환경이 장주기 펄서형 항성에서 일반적일 가능성이 높지만, RS Pup처럼 큰 냉각 환경은 특정한 우주간 매질 조건이 필요하므로 희귀하다.