[논문 리뷰] The environment of the fast rotating star Achernar - Thermal infrared interferometry with VLTI/MIDI and SIMECA modeling

P. Kervella, A. Domiciano de Souza외 4명|arXiv (Cornell University)|2008. 12. 13.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 1인용 수 9

한 줄 요약

이 연구는 VLTI/MIDI 열복사 적외선 간섭측정을 사용하여 빠르게 회전하는 Be 항성 아처나르 주위의 극방향 원환형 성층을 해상도를 높여 분석하였으며, 이 성층은 N밴드 복사원소의 13.4±2.5% 기여를 하며, FWHM는 9.9±2.3 mas (~6 R⋆)이다. 관측된 복사원소는 과열된 극지역에서 발생하는 빠른 극축 방향 바람에 대한 SIMECA 모델 예측과 일치하며, 극축 방향으로 콘두된 유출 기류의 존재를 확인한다.

ABSTRACT

Context: As is the case of several other Be stars, Achernar is surrounded by an envelope, recently detected by near-IR interferometry. Aims: We search for the signature of circumstellar emission at distances of a few stellar radii from Achernar, in the thermal IR domain. Methods: We obtained interferometric observations on three VLTI baselines in the N band (8-13 mic), using the MIDI instrument. Results: From the measured visibilities, we derive the angular extension and flux contribution of the N band circumstellar emission in the polar direction of Achernar. The interferometrically resolved polar envelope contributes 13.4 +/- 2.5 % of the photospheric flux in the N band, with a full width at half maximum of 9.9 +/- 2.3 mas (~ 6 Rstar). This flux contribution is in good agreement with the photometric IR excess of 10-20% measured by fitting the spectral energy distribution. Due to our limited azimuth coverage, we can only establish an upper limit of 5-10% for the equatorial envelope. We compare the observed properties of the envelope with an existing model of this star computed with the SIMECA code. Conclusions: The observed extended emission in the thermal IR along the polar direction of Achernar is well reproduced by the existing SIMECA model. Already detected at 2.2mic, this polar envelope is most probably an observational signature of the fast wind ejected by the hot polar caps of the star.

연구 동기 및 목표

• 아처나르, 즉 빠르게 회전하는 Be 항성 주위의 열복사 적외선(8–13 µm) 영역에서 원환형 성층을 탐지하고 특성화하는 것.
• 간섭측정을 통한 복사수집도 측정을 이용해 극축 방향의 확장된 복사원소의 각지름과 복사원소 기여도를 결정하는 것.
• 이 항성의 알려진 등축 탈출 디스크를 고려할 때, 등축 원환형 성층의 존재와 특성을 평가하는 것.
• 관측된 간섭측정 데이터를 아처나르 환경의 SIMECA 모델과 비교하여 모델의 예측 능력을 시험하는 것.
• 관측된 적외선 과잉이 열적으로 압력이 과도하게 증가한 극지역에서 발생하는 빠른 극축 바람과 일치하는지 조사하는 것.

제안 방법

• N밴드(8–13 µm)에서 스펙트럼 해상도 R ≈ 30로, 세 개의 VLTI 기준선(UT1-UT4, UT1-UT2, UT3-UT4)에서 MIDI 기구를 사용해 아처나르의 열복사 적외선 간섭측정을 수행하였다.
• 복사수집도 보정을 향상시키기 위해, 동시에 광도 측정과 간섭측정 신호를 기록하는 SCIPHOT 모드를 사용하였다.
• 원시 데이터를 처리하고 N밴드 전역에서 보정된 제곱간섭도(V²)를 추출하기 위해 MIA 및 EWS 소프트웨어 패키지를 적용하였다.
• 원환형 성층이 항성 대기층 위에 초래된 가우시안 모델로 표현된 관측 복사수집도를 피팅하여, 성층의 복사원소 기여도와 각지름을 유도하였다.
• 유도된 성층 매개변수(복사원소 기여도, FWHM)를 SIMECA 모델의 아처나르 환경 예측과 비교하였으며, 이 모델은 뜨거운 항성에서 복사전달 및 바람 역학을 시뮬레이션한다.
• 대기 및 장비 효과를 보정하기 위해 δ Phe를 스펙트로광도 캘리브레이터로 사용하였으며, N밴드에서 해상도가 없으며(θ_LD = 2.24 ± 0.02 mas) 가정하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 아처나르의 열복사 적외선 복사원소는 극축 방향의 확장된 원환형 성층에 대한 증거를 보여주는가?
• RQ2 간섭측정을 통해 측정된 N밴드에서의 원환형 성층의 각지름과 복사원소 기여도는 무엇인가?
• RQ3 관측된 극축 성층은 열적으로 과도하게 압력이 증가한 극지역에서 발생하는 빠른 극축 바람을 예측하는 SIMECA 모델과 일치하는가?
• RQ4 기준선 커버리지가 제한되어 있음에도 불구하고, 등축 원환형 성층의 복사원소 기여도에 대한 상한선은 무엇인가?
• RQ5 간섭측정 결과는 스펙트럼 에너지 분포에서 측정된 광도 적외선 과잉과 어떻게 비교되는가?

주요 결과

• 간섭측정을 통한 복사수집도 측정을 통해 극축 방향 원환형 성층이 N밴드에서 항성 대기층 복사원소의 13.4±2.5%를 기여함을 유도하였다.
• 극축 성층의 전반적 반폭(FWHM)은 9.9±2.3 mas이며, 아처나르의 파라락스와 극반지름을 기반으로 약 6 R⋆에 해당한다.
• 관측된 복사원소 기여도는 스펙트럼 에너지 분포에서 측정된 10–20%의 광도 적외선 과잉과 일치한다.
• SIMECA 모델은 N밴드에서 원환형 성층의 복사원소 기여도 11%와 FWHM 약 10 mas를 예측하며, 관측된 값과 뛰어난 일치를 보인다.
• 등축 기준선을 따라의 복사수집도 측정을 바탕으로 등축 원환형 성층의 복사원소 기여도에 대해 5–10%의 상한선이 설정되었다.
• IRAS의 25 및 60 µm에서 강한 과잉이 관측되지 않은 것은 SIMECA 모델의 예측와 일치하지 않으며, 이는 IRAS 관측 기간 동안 활동성이 낮았거나 장파장에서 모델의 정확도가 떨어지기 때문일 수 있다.