[论文解读] First VLTI infrared spectro-interferometry on GCIRS 7 - Characterizing the prime reference source for Galactic center observations at highest angular resolution

Jörg‐Uwe Pott, A. Eckart+6 more|ArXiv.org|May 28, 2008

Astrophysical Phenomena and Observations参考文献 30被引用 10

一句话总结

本研究首次利用AMBER和MIDI仪器对银河系中心的明亮红超巨星GCIRS 7进行了VLTI红外光谱干涉观测，以探测其高角分辨率环境。结果表明，GCIRS 7在2 μm波段处于边缘分辨率状态（暗示存在包层），在10 μm波段则强烈分辨率，显示出在120 AU以外存在延伸的、中等温度（200 K）的尘埃，且9.8 μm的硅酸盐吸收特征光学深度τ ≈ 7——是标准星际消光值的两倍——表明银河系中心区域存在异常丰富的硅酸盐，这与标准星际消光律不符。

ABSTRACT

Investigating the environment of the massive black hole SgrA* at the center of the Galaxy requires the highest angular resolution available to avoid source confusion and to study the physical properties of the individual objects. GCIRS7 has been used as wavefront and astrometric reference. Our studies investigate, for the first time, its properties at 2&10um using VLTI/AMBER and MIDI. We aim at analyzing the suitability of IRS7 as an IF-phase-reference for the upcoming generation of dual-field facilities at optical interferometers. We observed with (R~30) and 50m (proj.) baseline, resulting in 9 and 45mas resolution for NIR and MIR, resp. The first K-band fringe detection of a GC star suggests that IRS7 could be marginally resolved at 2um, which would imply that the photosphere of the supergiant is enshrouded by a molecular and dusty envelope. At 10um, IRS7 is strongly resolved with a visibility of approximately 0.2. The MIR is dominated by moderately warm (200 K), extended dust, mostly distributed outside of a radius of about 120 AU (15 mas) around the star. A deep 9.8-silicate absorption in excess of the usual extinction law with respect to the NIR extinction has been found. This confirms recent findings of a relatively enhanced, interstellar 9.8-silicate absorption with respect to the NIR extinction towards another star in the central arcsec, suggesting an unusual dust composition in that region. Our VLTI observations show that interferometric NIR phase-referencing experiments with mas resolution using IRS7 as phase-reference appear to be feasible, but more such studies are required to definitely characterize the close environment around this star. We demonstrate that interferometry is required to resolve the innermost environment of stars at the Galactic center.

研究动机与目标

• 表征GCIRS 7作为未来银河系中心高分辨率干涉观测潜在相位参考星的适用性。
• 研究GCIRS 7在近红外（NIR）和中红外（MIR）波段的包层环境物理特性。
• 确定该星的延伸辐射与硅酸盐吸收是否符合标准星际消光律，或是否暗示尘埃组成异常。
• 评估在毫角秒分辨率下使用GCIRS 7进行干涉相位参考的可行性。

提出的方法

• 利用VLTI-AMBER和MIDI仪器对GCIRS 7进行低光谱分辨率光谱干涉测量（λ/Δλ ≈ 30），基线投影长度约为50 m。
• 在2 μm（K波段）和10 μm（N波段）获取可见度测量，分别达到约9 mas和45 mas的角分辨率。
• 通过分析可见度曲线推断辐射区域的角直径，并检测空间延伸的辐射。
• 对光谱能量分布和可见度谱进行去消光处理，以分离出内在的硅酸盐吸收特征，并与标准消光律进行比较。
• 利用总通量测光对数据进行定标，并与现有的包层和星际尘埃模型进行对比。
• 从MIDI光谱中推导出9.8 μm硅酸盐特征的光学深度，以量化其相对于NIR消光的过量吸收。

实验结果

研究问题

• RQ1 GCIRS 7是否足够紧凑且稳定，可作为未来毫角秒分辨率干涉观测的可靠相位参考星？
• RQ2 GCIRS 7在10 μm波段的尘埃辐射空间范围与温度如何？
• RQ3 GCIRS 7中9.8 μm硅酸盐吸收特征是否表现出相对于标准星际消光律的过量？
• RQ4 观测到的过量硅酸盐吸收是否可归因于包层尘埃，还是源于中心 parsec 区域的弥散星际物质？
• RQ5 NIR消光与MIR硅酸盐光学深度之间的差异对银河系中心尘埃组成有何启示？

主要发现

• GCIRS 7在2 μm波段处于边缘分辨率状态，均匀盘直径为2.6 mas，表明其光球层外存在高温包层尘埃或分子壳层。
• 在10 μm波段，该星强烈分辨率，可见度约为0.2，表明存在从约120 AU（15 mas）以外延伸的、温度中等（200 K）的尘埃辐射。
• 9.8 μm硅酸盐吸收特征的光学深度τ ≈ 7，是基于NIR消光推算出的标准星际消光律值的两倍。
• 过量硅酸盐吸收并非源于包层尘埃，因为N波段的可见度谱平坦，表明造成过量吸收的尘埃位于距离恒星更远的位置，并在中心 parsec 区域呈弥散分布。
• 数据表明银河系中心星际介质中非晶态硅酸盐尘埃相对于碳质颗粒存在局部过量，可能与硅等α元素丰度增强有关。
• 结果证实GCIRS 7是干涉相位参考实验的可行候选星，但需更高信噪比的NIR数据以确认其真实光球尺寸。