[논문 리뷰] VEGA/CHARA interferometric observations of Cepheids. I. A resolved structure around the prototype classical Cepheid delta Cep in the visible spectral range

N. Nardetto, A. Mérand외 24명|Universidad de Chile|2016. 09. 23.

Stellar, planetary, and galactic studies인용 수 8

한 줄 요약

이 연구는 δ Cep의 전체 펄레이션 주기 동안 가시광선 대역에서의 해상도가 확보된 간섭계 관측을 처음으로 수행한 것으로, VEGA/CHARA 장치를 사용하여 수행되었다. 이는 8.9±3.0 mas의 크기와 7±1%의 복사원 기여도를 가지는 은하주변 환경(CSE)을 탐지하였으며, 고공간 주파수에서의 제곱 볼록도에 대한 설명되지 않은 불일치를 드러내어 단순 모델이 반영하지 못한 복잡한 역학적 효과, 예를 들어 반사파 또는 충격파가 존재할 가능성을 시사한다.

ABSTRACT

The B-W method is used to determine the distance of Cepheids and consists in combining the angular size variations of the star, as derived from infrared surface-brightness relations or interferometry, with its linear size variation, as deduced from visible spectroscopy using the projection factor. While many Cepheids have been intensively observed by infrared beam combiners, only a few have been observed in the visible. This paper is part of a project to observe Cepheids in the visible with interferometry as a counterpart to infrared observations already in hand. Observations of delta Cep itself were secured with the VEGA/CHARA instrument over the full pulsation cycle of the star. These visible interferometric data are consistent in first approximation with a quasi-hydrostatic model of pulsation surrounded by a static circumstellar environment (CSE) with a size of theta_cse=8.9 +/- 3.0 mas and a relative flux contribution of f_cse=0.07+/-0.01. A model of visible nebula (a background source filling the field of view of the interferometer) with the same relative flux contribution is also consistent with our data at small spatial frequencies. However, in both cases, we find discrepancies in the squared visibilities at high spatial frequencies (maximum 2sigma) with two different regimes over the pulsation cycle of the star, phi=0.0-0.8 and phi=0.8-1.0. We provide several hypotheses to explain these discrepancies, but more observations and theoretical investigations are necessary before a firm conclusion can be drawn. For the first time we have been able to detect in the visible domain a resolved structure around delta~Cep. We have also shown that a simple model cannot explain the observations, and more work will be necessary in the future, both on observations and modelling.

연구 동기 및 목표

• δ Cep의 전체 펄레이션 주기 동안 고각해상도 가시광선 간섭계 관측을 수행하는 것.
• Baade-Wesselink 방법에서 가시광선과 적외선 대역에서 측정된 표면층이 펄레이션 중에 동일한 깊이에 위치한다는 가정을 검증하는 것.
• 가시광선 대역에서 δ Cep 주변의 은하주변 환경(CSE) 또는 확장된 구조를 탐지하고 특성화하는 것.
• 고공간 주파수에서 관측된 제곱 볼록도와 모델링된 제곱 볼록도 사이의 불일치를 조사하여, 모델에 포함되지 않은 역학적 효과가 존재할 가능성을 탐색하는 것.

제안 방법

• δ Cep의 전체 펄레이션 주기(위상 φ = 0.0–1.0) 동안 CHARA 어레이의 VEGA 빔 결합기로 간섭계 관측을 수행하였다.
• 공간 주파수 0.2에서 3 사이의 제곱 볼록도를 측정하여, 항성 디스크와 확장된 구조에 모두 민감하게 반응하도록 하였다.
• 데이터를 펄레이션하는 항성 디스크와 정적인 CSE 또는 배경원소의 조합으로 피팅하여 복사원 기여도와 각진 크기를 모델링하였다.
• 일관된 가장자리 어두움과 투과 계수 p를 가정한 이론적 모델과 관측된 볼록도를 비교하였으며, 위상에 따라 변하는 편차를 검토하였다.
• 스펙트로스코피 및 유체역학 시뮬레이션의 제약 조건을 바탕으로 반사파, 충격파, 비축방향 펄레이션 등의 대체 물리적 설명을 평가하였다.
• 통계적 분석을 통해 불일치의 유의성을 평가하였으며, 위상 φ = 0.0–0.8과 φ = 0.8–1.0 사이에서 두 개의 별개의 행동 영역이 존재하는 것으로 확인하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 δ Cep의 가시광선 간섭계 관측 데이터는 해상도가 확보된 은하주변 환경(CSE) 또는 확장된 복사원을 드러내는가?
• RQ2 관측된 제곱 볼록도는 단순한 펄레이션 디스크와 정적인 CSE 또는 배경원소의 모델과 일치하는가?
• RQ3 왜 고공간 주파수에서 위상에 따라 변하는 불일치가 심각하게 나타나는가?
• RQ4 위상에 따라 변화하는 효과, 예를 들어 반사파 또는 충격파가 관측된 볼록도 편차를 설명할 수 있는가?
• RQ5 가장자리 어두움의 변화 또는 비축방향 펄레이션은 관측된 불일치에 어느 정도 기여하는가?

주요 결과

• VEGA/CHARA 관측은 δ Cep 주변에 크기가 8.9±3.0 mas이고 복사원 기여도가 7±1%인 해상도가 확보된 은하주변 환경(CSE)을 탐지하였다.
• 정적인 CSE 또는 배경원소를 포함한 모델은 저공간 주파수에서는 데이터에 잘 맞지만, 고공간 주파수에서의 볼록도 불일치를 설명하지 못한다.
• 제곱 볼록도의 불일치는 최대 2σ의 유의 수준에서 발생하며, 두 개의 별개의 행동 영역으로 나뉘어져 있다: φ = 0.0–0.8 및 φ = 0.8–1.0.
• 위상에 따라 변화하는 행동 양상은 반사파와 같은 시간에 따라 변하는 조명 효과를 시사하며, CSE의 복사원 기여도가 가시광선에서 더 높기 때문에 적외선보다 더 두드러질 수 있다.
• 유체역학 시뮬레이션과 스펙트로스코픽 데이터는 표면층의 강한 가장자리 어두움 변화나 표면 근처의 충격파 존재를 지지하지 않으며, 일부 대체 설명을 배제한다.
• 비축방향 펄레이션은 불가능하다. 고정밀 위성 광도계 및 스펙트로스코피는 δ Cep에 비축방향 펄레이션의 존재를 지지하지 않으며, 임의의 이중성 기여도는 복사원 기여도의 1% 이하이다.