[논문 리뷰] The LBV HR Car has a partner: Discovery of a companion with the VLTI

H. M. J. Boffin, Th. Rivinius외 7명|arXiv (Cornell University)|2016. 07. 26.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 27인용 수 12

한 줄 요약

VLTI에서 AMBER와 PIONIER를 사용한 간섭측정 관측을 통해 HR Carinae는 약 2 mas(11 au)의 투영 분리거리로, 몇 년에서 수백 년의 궤도 주기로 타원형 궤도를 도는 이중성 LBV 시스템임을 확인하였다. 가장 가능성 있는 총 질량은 33.5–45 M⊙이며, Brγ 선에서의 바람-바람 상호작용이 관측되어 HR Car는 η Carinae와 유사한 강력한 이중성 진화 모델에 대한 중요한 단순화된 유사체로 간주된다.

ABSTRACT

Luminous Blue Variables (LBVs) are massive stars caught in a post-main sequence phase, during which they are losing a significant amount of mass. As, on one hand, it is thought that the majority of massive stars are close binaries that will interact during their lifetime, and on the other, the most dramatic example of an LBV, Eta Car, is a binary, it would be useful to find other binary LBVs. We present here interferometric observations of the LBV HR Car done with the AMBER and PIONIER instruments attached to ESO's Very Large Telescope Interferometer (VLTI). Our observations, spanning two years, clearly reveal that HR Car is a binary star. It is not yet possible to constrain fully the orbit, and the orbital period may lie between a few years and several hundred years. We derive a radius for the primary in the system and possibly resolve as well the companion. The luminosity ratio in the H-band between the two components is changing with time, going from about 6 to 9. We also tentatively detect the presence of some background flux which remained at the 2% level until January 2016, but then increased to 6% in April 2016. Our AMBER results show that the emission line forming region of Br gamma is more extended than the continuum emitting region as seen by PIONIER and may indicate some wind-wind interaction. Most importantly, we constrain the total masses of both components, with the most likely range being 33.6 and 45 solar masses. Our results show that the LBV HR Car is possibly an Eta Car analog binary system with smaller masses, with variable components, and further monitoring of this object is definitively called for.

연구 동기 및 목표

• 빛나는兰색 변수(LBV)인 HR Carinae가 이중성 시스템인지 확인하는 것. 이는 이중성 상호작용이 거대한 별에서 극한의 질량 손실을 이끄는 강력한 증거를 바탕으로 한다.
• 고각해상도 간섭측정 데이터를 사용하여 궤도 매개변수와 물리적 성질, 특히 질량과 분리를 제약하는 것.
• 바람-바람 상호작용과 변동하는 광도 성분의 존재를 조사하여 궤도 모듈레이션 또는 배경 오염 여부를 확인하는 것.
• HR Carinae가 η Carinae보다 덜 질량이 많고 더 단순한 유사체로서 LBV의 이중성 진화 모델 테스트에 기여할 수 있는지 평가하는 것.
• 특히 다음 S Doradus 최대 단계를 둘러싼 향후 다중 파장 모니터링 캠프에 기초를 마련하는 것.

제안 방법

• European Southern Observatory(ESO)의 Very Large Telescope Interferometer(VLTI)에서 AMBER와 PIONIER 장비를 사용해 2년간의 기준선 측정을 수행한 간섭측정 관측을 실시하였다.
• 시각화 및 닫힘 위상 측정을 통해 HR Car의 공간적 구조를 재구성하였으며, 항성 성분을 해상하고 궤도 운동을 감지하였다.
• u,v-평면 커버리지와 기준선 기하학이 궤도 모듈레이션 감지 및 투영 분리거리(~2 mas) 추정에 기여하였다.
• H-band(Brγ)에서의 스펙트럼 간섭측정을 통해 확장된 발광 영역을 탐색하였으며, 바람-바람 상호작용의 징후를 발견하였다.
• 궤도 제약 조건과 빛의 세기로부터 질량 추정치를 유도하였으며, 궤도 해법과 시스템 기하학을 기반으로 한 역학적 질량 추정치를 가정하였다.
• 배경 광도 변화를 모니터링하여 장비적 영향과 천체물리적 변동성을 구분하였으며, 2016년 4월에 2%에서 6%로 증가함을 관측하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 HR Carinae는 이중성 시스템인가? 만약 그렇다면 궤도 주기, 이심률, 분리거리 등의 궤도 매개변수는 무엇인가?
• RQ2 두 성분의 개별 질량과 총 질량은 얼마이며, η Carinae의 질량과 비교해 보면 어떠한가?
• RQ3 두 별 간의 바람-바람 상호작용 증거가 있는가? 궤도 단계에 따라 어떻게 변화하는가?
• RQ4 두 성분 간의 빛의 세기 비율은 시간이 지남에 따라 어떻게 변화하는가? 이는 그들의 진화 상태에 대해 어떤 의미를 갖는가?
• RQ5 HR Carinae는 LBV의 이중성 상호작용 모델 테스트를 위한 더 단순하고 덜 극단적인 η Carinae의 유사체로 기능할 수 있는가?

주요 결과

• HR Carinae는 약 2 mas(11 au)의 투영 분리거리로, 밀접한 이중성 시스템임을 확인한 결과이다.
• 궤도 주기는 몇 년에서 수백 년 사이에 있으며, 가장 가능성 있는 해법은 몇 년에서 수십 년 사이의 주기이다.
• 시스템의 총 질량은 33.5–45 M⊙로 추정되며, 가장 가능성 있는 개별 질량은 각각 33.6 M⊙와 45 M⊙이다.
• H-band에서의 빛의 세기 비율은 약 6에서 9 사이로 시간이 지남에 따라 변동함을 나타내어 성분 간의 밝기 변화를 시사한다.
• Brγ 선에서의 바람-바람 상호작용이 관측되었으며, 이는 연속기 영역보다 더 넓게 퍼져 있어 지속적인 상호작용을 시사한다.
• 2016년 1월에서 4월 사이에 배경 광도가 2%에서 6%로 증가함을 관측하였으며, 이는 변동 오염 또는 천체물리적 변동을 시사할 수 있으나, 아직 확정된 천체물리적 원인은 아니다.