[論文レビュー] The circumstellar envelopes of the Cepheids L Car and RS Pup - Comparative study in the infrared with Spitzer, VLT/VISIR and VLTI/MIDI

P. Kervella, A. Mérand+1 more|arXiv (Cornell University)|Feb 10, 2009

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 57被引用数 32

ひとこと要約

本研究では、スパイクァー、VLT/VISIR、VLTI/MIDIからの多波長赤外観測を用いて、明るいセフェイド星ℓ CarおよびRS Pupの周囲物質包（CSE）を特徴づけた。両星とも、100–1000 AUの領域に持続的な質量放出に起因する温かいCSEを有しているが、RS Pupの広大な冷たいダストシェル（約100,000 AU）は、おそらく周囲星間物質由来であり、それが希少性を説明するものであり、このような大規模な包覆物は、前身星形成時に高密度の星間物質環境を必要とする可能性がある。

ABSTRACT

[Abridged] - Context: Circumstellar envelopes (CSEs) around Cepheids are particularly interesting as they could impact the Cepheid distance scale, and imply stellar mass loss. Aims: Our goal is to establish the spatial and spectral properties of the CSEs of L Car and RS Pup. This is done through a parametrization of the envelopes in terms of fractional flux (with respect to the star) and angular size. - Methods: We retrieved archival Spitzer images of the two stars (3.5-70 mic), and obtained new imaging with the VLT/VISIR camera in BURST mode (8.6-11.9 mic), as well as interferometry with VLTI/MIDI (8-13 mic). This combination allows us to probe the envelopes over arcminute to milliarcsecond scales. - Results: The CSE of RS Pup is resolved at 24 and 70 mic by Spitzer, and around 10 mic by MIDI and VISIR. The compact envelope of L Car is resolved only in the VISIR and MIDI observations. However, the properties of the IR excesses differ considerably : a warm component is present around both stars at a spatial scale of a few 100 to a few 1 000 AU, but RS Pup presents in addition a large (several 100 000 AU) and cold (~40 K) dusty envelope. - Conclusions: We propose that the reflection nebula surrounding RS Pup has an interstellar origin, while the warm CSEs of both stars were created by ongoing stellar mass loss. Such warm circumstellar envelopes are probably common around Cepheids.

研究の動機と目的

• 長期間セフェイド星ℓ CarおよびRS Pupの周囲物質包（CSE）の空間的・スペクトル的特性を特徴づけること。
• 観測された赤外線過剰が、恒星の質量放出に起因するものか、外部の星間物質に起因するものかを特定すること。
• CSEがセフェイドの周期−光度関係および距離スケールの補正に与える影響を評価すること。
• RS Pupを取り囲む大規模で冷たいダスト雲の形成メカニズムを調査すること。

提案手法

• 延べ赤外線放射をマッピングするために、アーカイブ済みのスパイクァーIRACおよびMIPS画像（3.5–70 µm）を取得した。
• 8.6–11.9 µmの波長域で、VLT/VISIRをBURSTモードで用いて diffraction-limited 衛星画像を取得し、コンact構造を解像した。
• 8–13 µmの波長域でVLTI/MIDIを用いて、ミリアーセコンドスケールの構造をプローブした。
• 3.5–70 µmの全波長域にわたる単一アンテナおよび干渉計観測データを統合し、広い角度動的範囲（数分からミリアーセコンド）を達成した。
• スペクトルエネルギー分布のモデリングに、フラックス分率および角度サイズのパrametrizationを用いた。
• 高分解能観測における大気的および機器的影響を補正するために、位相リファレンシング技術を適用した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ℓ CarおよびRS Pupの周囲物質包の空間的・スペクトル的特性は何か？
• RQ2 両星に見られる温かいCSE成分は、恒星の持続的質量放出と整合的か？
• RQ3 同様の光度および脈動周期を有するにもかかわらず、ℓ CarにはRS Pupのような冷たい広大なダストシェルが存在しないのはなぜか？
• RQ4 RS Pupの大規模な冷たい包覆物が、恒星由来ではなく星間物質由来である可能性は何か？
• RQ5 これらのCSEは、セフェイドの周期−光度関係および距離スケール補正にどのような影響を及えるか？

主な発見

• スパイクァーにより、RS PupのCSEは24 µmおよび70 µmで解像され、約100,000 AUの距離に40 K程度の温度の冷たいダストシェルが存在することが明らかになった。
• ℓ CarのCSEははるかにコンactであり、VISIRおよびMIDIにより約10 µmでのみ解像されており、RS PupのCSEよりも空間的スケールが小さいことが示された。
• 両星とも、約10 µmの波長域に顕著な温かいCSE成分を有しており、100–1,000 AUのスケールを示しており、持続的恒星質量放出に起因するものと整合的である。
• RS Pupの冷たいダストシェルはℓ Carでは検出されないため、このような大規模なCSEは、前身星形成時に星間物質（ISM）のダスト密度が高い状態を必要とする可能性がある。
• CSEのスペクトル的および空間的特性から、RS Pupの冷たい成分は、主系列段階における前身星の風およびUV放射によって形作られた星間物質由来である可能性が高い。
• 両星に温かいCSEが存在するという事実は、このような包覆物が長期間セフェイドにおいて一般的である可能性を示唆するが、RS Pupのような非常に大きな冷たいCSEは希少であり、特定のISM条件を満たす必要がある。