[논문 리뷰] The dust disk and companion of the nearby AGB star L2 Puppis - SPHERE/ZIMPOL polarimetric imaging at visible wavelengths

P. Kervella, M. Montargès외 7명|Universidad de Chile|2015. 11. 13.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 37인용 수 42

한 줄 요약

이 연구는 가까운 AGB 별 L2 Puppis(64 pc) 주위에 거의 가장자리에서 보이는 먼지 원반을 확인하고, 2 AU 간격의 가까운 연성성을 탐지하기 위해 가시광선 영역에서 SPHERE/ZIMPOL 편광 영상 기법을 사용한다. 고해상도 편광 맵은 나선형 구조와 수직 방향의 먼지 스트림을 포함한 3차원 원반 구조를 드러내며, 이는 이중성 상호작용과 먼지 빔화에 의해 구동되는 이른 시기의 이중성 행 星간성 성운 형성 단계에 있을 가능성을 시사한다.

ABSTRACT

The bright southern star L2 Pup is a particularly prominent asymptotic giant branch (AGB) star, as its distance of 64 pc makes it the nearest of its type. We report new adaptive optics observations of L2 Pup at visible wavelengths with the SPHERE/ZIMPOL instrument of the VLT that confirm the presence of the circumstellar dust disk at high inclination discovered recently by Kervella et al. (2014b). The signature of the three-dimensional structure of the disk is clearly observed in the map of the degree of linear polarization pL. We identify the inner rim of the disk through its polarimetric signature at a radius of 6 AU from the AGB star. The ZIMPOL intensity images in the V and R bands also reveal a close-in secondary source at a projected separation of 2 AU from the primary. The identification of the spectral type of this companion is uncertain due to the strong reddening from the disk, but its photometry suggests that it is a late K giant, of comparable mass to the AGB star. We present refined physical parameters for the dust disk derived using the RADMC-3D radiative transfer code. We also interpret the pL map using a simple polarization model to infer the three-dimensional structure of the envelope. Interactions between the inner binary system and the disk apparently form spiral structures that propagate along the orthogonal axis to the disk to form streamers. Two dust plumes propagating orthogonally to the disk are also detected. They originate in the inner stellar system, and are possibly related to the interaction of the wind of the two stars with the material in the disk. Based on the morphology of the envelope of L2 Pup, we propose that this star is at an early stage of the formation of a bipolar planetary nebula.

연구 동기 및 목표

• 근처의 AGB 별인 L2 Puppis 주위의 원형성 먼지 대류 환경의 3차원 기하학적 구조를 규명하는 것.
• L2 Puppis 시스템 내에 존재하는 연성성의 존재와 성격을 조사하여 원반 형상에 영향을 줄 수 있는지를 연구하는 것.
• 관측된 원반과 분출 기원이 이중성 행 星간성 성운 형성의 이른 단계를 나타내는지 평가하는 것.
• 이중성 상호작용이 진화한 별에서 비대칭 질량 손실을 형성하는 데 기여하는 역할을 테스트하는 것.
• 가시광선 영역에서의 편광 영상 기법을 사용하여 먼지가 풍부하고 가장자리에서 보이는 원환 환경을 탐색하는 데의 유효성을 검증하는 것.

제안 방법

• VLT에서 운영되는 SPHERE/ZIMPOL을 사용한 고대비, 회절한계 편광 영상 촬영 기법으로 가시광선 영역(V 및 R 대역).
• 선형 편광도(pL) 맵 분석을 통해 먼지 분포와 산란 기하학의 3차원 구조를 추론하는 것.
• RADMC-3D를 사용한 복사역학 모델링을 통해 먼지 원반의 물리적 매개변수(온도, 밀도, 척도 높이 등)를 유도하는 것.
• 관측된 편광 패턴을 단순 산란 모델과 비교하여 원반의 기울기와 패인딩 정도를 제약하는 것.
• PSF 및 광도 보정 기준(예: β Col)을 사용하여 기기적 영향을 보정하고 동적 범위를 향상시키는 것.
• 강도 및 편광 데이터의 조합을 통해 희미한 연성성을 탐지하고 산란 빛 아티팩트와 구별하는 것.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 L2 Puppis 주위의 원형성 먼지 원반의 진정한 3차원 기하학적 구조는 무엇인가?
• RQ2 L2 Puppis 시스템 내에 별 연성이 존재하는가? 그 궤도 간격과 스펙트럼 유형은 무엇인가?
• RQ3 관측된 나선형 구조와 수직 방향의 먼지 스트림은 어떻게 형성되는가?
• RQ4 관측된 형상은 이중성 유도 원반 빔화와 바람 상호작용에 의해 설명될 수 있는가?
• RQ5 L2 Puppis는 이중성 행 星간성 성운 형성의 이른 진화 단계에 있는가?

주요 결과

• L2 Puppis 주위의 먼지 원반은 기울기가 82°로 거의 가장자리에서 보이는 것으로 확인되었으며, 이는 편광 맵의 특징적인 서명에 의해 뒷받침된다.
• 내부 가장자리는 6 AU 반경에서 그 특별한 편광 서명을 통해 식별되었다.
• 주성주에서 2 AU의 투영 거리에 가까운 연성이 탐지되었으며, 광도 측정 결과에 따르면 저연성 K 거대성으로 추정되며, AGB 별과 유사한 질량을 가진다.
• 나선형 구조와 두 개의 수직 방향 먼지 스트림이 관측되었으며, 이는 이중성 시스템과 원반 간의 상호작용에 의해 형성된 것으로 여겨진다.
• 팽창된 기하학적 구조와 수직 방향 분출은 이중성 질량 손실을 빔화하는 데 기여할 수 있으며, 이는 시스템이 이중성 행 星간성 성운 형성의 이른 단계에 있을 가능성을 시사한다.
• 미래의 ALMA 관측을 위한 주요 후보 시스템으로, CO 선 및 SiO 마이크로파 마이크로파 영상 기법을 통해 기체 운동학과 원반 모델을 검증할 수 있다.