[論文レビュー] GCIRS 7, a pulsating M1 supergiant at the Galactic centre. Physical properties and age

T. Paumard, O. Pfuhl+11 more|HAL (Le Centre pour la Communication Scientifique Directe)|Jun 20, 2014

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 55被引用数 8

ひとこと要約

本研究では、VLTIのPIONIERを用いて、銀河中心のM1超巨星GCIRS 7における最初のHバンド干渉測定を実施した。星の光球層直径は1.076±0.093 mas（960±92 R☉）であり、約470日および約2700日周期の変動光を示し、Kバンドで周囲物質による過剰放射を確認した。得られた物理的パラメータと年齢（6.5–10 Myr）は、銀河中心における最近の星形成イベントを示す重要な指標であることを確認しており、他の年齢指標とも整合的である。

ABSTRACT

The stellar population in the central parsec of the Galaxy is dominated by an old (several Gyr) population, but young, massive stars dominate the luminosity function. We have studied the most luminous of these stars, GCIRS 7, in order to constrain the age of the recent star formation event in the Galactic Centre and to characterise it as an interferometric reference for observations of the Galactic Centre with the instrument GRAVITY, which will equip the Very Large Telescope Interferometer in the near future. We present the first H-band interferometric observations of GCIRS 7, obtained using the PIONIER visitor instrument on the VLTI using the four 8.2-m unit telescopes. In addition, we present unpublished K-band VLTI/AMBER data, build JHKL light-curves based on data spanning 4 decades, and measured the star's effective temperature using SINFONI spectroscopy. GCIRS 7 is marginally resolved at H-band (in 2013: uniform-disk diameter=1.076+/-0.093mas, R=960+/-92Rsun at 8.33+/-0.35kpc). We detect a significant circumstellar contribution at K-band. The star and its environment are variable in brightness and in size. The photospheric H-band variations are well modelled with two periods: P0~470+/-10 days (amplitude ~0.64mag) and long secondary period LSP~2700-2850 days (~1.1mag). As measured from CO equivalent width, =3600+/-195K. The size, periods, luminosity (=-8.44+/-0.22) and effective temperature are consistent with an M1 supergiant with an initial mass of 22.5+/-2.5Msun and an age of 6.5-10Myr (depending on rotation). This age is in remarkable agreement with most estimates for the recent star formation event in the central parsec. Caution should be taken when using this star as an interferometric reference as it is variable in size, is surrounded by a variable circumstellar environment and large convection cells may form on its photosphere.

研究の動機と目的

• GCIRS 7を主な星形成指標として用い、銀河中心における最近の星形成イベントの年齢を制約すること。
• 多波長干渉測定および分光測定データを用いて、GCIRS 7の物理的性質（サイズ、温度、変動性）を特徴づけること。
• 将来的なVLTIにおけるGRAVITY観測のための位相基準および可視度キャリブレーターとしてのGCIRS 7の適性を評価すること。
• 光度、分光、干渉測定データを統合し、中心集団の矛盾する年齢推定値を解消すること。

提案手法

• 2003年から2013年までに、VLTIの4台の8.2mユニット望遠鏡を用いてPIONIERを用いてHバンド干渉測定データを取得した。
• 未公表のKバンドVLTI/AMBERデータを分析し、周囲物質寄与および変動性を検出した。
• 約40年間にわたるアーカイブデータからJHKL光度曲線を構築し、長期的明るさ変動を調査した。
• SINFONIの積分場分光測定を用いて効果的温度を測定し、CO等価幅を導出しT_effを推定した。
• 周期性解析と一様円盤直径フィッティングを用いて、光球層および周囲物質の変動をモデル化した。
• 光度、温度、サイズの測定値を統合し、進化モデルを用いて初期質量および年齢を推定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 GCIRS 7の真の年齢は何か？ そして、銀河中心における最近の星形成イベントの時期をどのように制約するか？
• RQ2 GRAVITYのような高精度干渉測定機器の位相基準または可視度キャリブレーターとして、GCIRS 7はどの程度適しているか？
• RQ3 GCIRS 7で観測された光度変動の原因は何か？ また、短周期と長周期はその物理的構造とどのように関係するか？
• RQ4 周囲物質環境は、観測されたKバンド放射および可視度にどの程度寄与しているか？
• RQ5 GCIRS 7の物理的パラメータ（サイズ、温度、光度）は、22.5±2.5 M☉のM1超巨星の進化モデルと整合的か？

主な発見

• GCIRS 7のHバンドにおける一様円盤直径は1.076±0.093 masであり、距離8.33±0.35 kpcの下で半径960±92 R☉に相当する。
• 星は2つの明確な光度周期を示す：P₀ ≈ 470±10日（振幅 ≈ 0.64 mag）およびP_LSP ≈ 2700–2850日（振幅 ≈ 1.1 mag）。
• CO等価幅解析から得られた効果的温度はT_eff = 3,600±195 Kである。
• 全波長光度は<M_bol> = -8.44±0.22であり、初期質量22.5±2.5 M☉の明るいM1超巨星と整合的である。
• KバンドAMBERデータは、周囲物質による過剰放射が約20%であることを示しており、星の周囲に顕著なダストまたはガス放射が存在することを示唆している。
• 得られた年齢6.5–10 Myrは、集団のHR図および他の星形成指標からの以前の推定値と良好に一致しており、2.5–5.8 Myrという若い年齢推定値と矛盾する。