[论文解读] An interferometric study of the post-AGB binary 89 Herculis I Spatially resolving the continuum circumstellar environment at optical and near-IR wavelengths with the VLTI, NPOI, IOTA, PTI, and the CHARA Array

M. Hillen, Tijl Verhoelst+10 more|Lirias (KU Leuven)|Aug 30, 2013

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 84被引用 27

一句话总结

本研究利用甚大望远镜干涉仪（VLTI）、NPOI、IOTA、PTI 和 CHARA 阵列的多波长光学与近红外干涉测量，对后渐近巨星分支双星 89 Herculis 的包周环境进行了空间分辨。研究首次直接探测到来自包周尘埃散射的 35–40% 光学辐射贡献，该贡献集中于双星周围的包周盘内缘的“蓬起”区域，挑战了此类系统中能量预算的传统假设，并强调在光度估计中必须考虑散射光的影响。

ABSTRACT

Binary post-AGB stars are interesting laboratories to study both the evolution of binaries as well as the structure of circumstellar disks. A multiwavelength high angular resolution study of the prototypical object 89 Herculis is performed with the aim of identifying and locating the different emission components seen in the SED. A large interferometric data set, collected over the past decade and covering optical and near-IR wavelengths, is analyzed with simple geometric models. Combining the interferometric constraints with the photometry and the optical spectra, we reassess the energy budget of the post-AGB star and its circumstellar environment. We report the first (direct) detection of a large (35-40%) optical circumstellar flux contribution and spatially resolve its emission region. Given this large amount of reprocessed and/or redistributed optical light, the fitted size of the emission region is rather compact and fits with(in) the inner rim of the circumbinary dust disk. This rim dominates our K band data through thermal emission and is rather compact, emitting significantly already at a radius of twice the orbital separation. We interpret the circumstellar optical flux as due to a scattering process, with the scatterers located in the extremely puffed-up inner rim of the disk and possibly also in a bipolar outflow seen pole-on. A non-LTE gaseous origin in an inner disk cannot be excluded but is considered highly unlikely. This direct detection of a significant amount of circumbinary light at optical wavelengths poses several significant questions regarding our understanding of both post-AGB binaries and the physics in their circumbinary disks. Although the identification of the source of emission/scattering remains inconclusive without further study on this and similar objects, the implications are manifold.

研究动机与目标

• 利用高角分辨率干涉测量，在光学与近红外波段对典型后渐近巨星分支双星 89 Herculis 的连续包周环境进行空间分辨。
• 识别并定位光谱能量分布（SED）中贡献发射的来源，特别是光学过量的起源。
• 通过分离直接恒星光、再辐射光与散射光组分，重新评估恒星光度与包周能量预算。
• 在发射区域尺寸紧凑的条件下，评估散射、双极喷流或盘晕在解释观测到的光学辐射中的作用。
• 通过量化散射光对光学辐射的贡献，挑战现有对后渐近巨星分支双星中能量分布的假设。

提出的方法

• 整合了 VLTI、NPOI、IOTA、PTI 和 CHARA 阵列在过去 10 年内获得的多仪器干涉数据，覆盖光学与近红外波段。
• 对干涉 visibilities 进行定标，并与通量定标后的光学光谱及测光数据结合，以约束 SED。
• 采用简单几何模型拟合干涉数据，包括一个紧凑的盘组分和一个散射光组分。
• 通过 visibilities 测量推导出包周发射区域的大小与通量，不确定性通过误差分析传播。
• 在假设距离为 1.5 kpc 的前提下，通过从 SED 中扣除包周通量贡献，对恒星光度进行重新评估。
• 通过计算 F_IR/F_★ 和 F_RP/F_★ 比值，重新评估能量预算，以评估再辐射光与散射光的主导程度。

实验结果

研究问题

• RQ1 后渐近巨星分支双星 89 Herculis 中的光学辐射过量的空间尺度与来源是什么？
• RQ2 观测到的光学辐射是否可由盘内缘的散射或双极喷流解释？
• RQ3 在计算中包含散射光后，对恒星光度与中心恒星物理尺寸的推导结果有何影响？
• RQ4 包周环境对近红外与光学通量的贡献程度如何？这对盘的几何结构与标高有何启示？
• RQ5 在不引入非局部热动平衡（非-LTE）气态辐射的前提下，被动包周盘模型能否再现观测到的干涉与测光数据？

主要发现

• 包周环境贡献了 35–40% 的光学通量，这是在后渐近巨星分支双星中首次直接探测到如此显著的散射光组分。
• 发射区域极为紧凑，直径为 0.435 ± 0.008 mas，与包周尘埃盘内缘的结构一致。
• 在距离 1.5 kpc 的假设下，恒星光度由原先的 13,400 L⊙ 修正为 8,350 L⊙，这是由于从 SED 中去除了包周通量贡献。
• 红外通量与恒星通量之比（F_IR/F_★）为 0.62，若所有红外通量均为再辐射所得，则表明盘的半开角达 67.5°。
• 散射光学通量与恒星通量之比（F_RP/F_★）为 1.29，表明散射过程非各向同性，极有可能来自盘面之上的物质。
• 内盘中非-LTE气态辐射的起源可能性极低，更倾向于支持在蓬起的内缘或双极喷流中发生散射。