[论文解读] Interferometric properties of pulsating C-rich AGB stars I. Intensity profiles and uniform disc diameters of dynamic model atmospheres

C. Paladini, B. Aringer+4 more|arXiv (Cornell University)|Apr 14, 2009

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 32被引用 15

一句话总结

本研究首次对动态、富含碳的渐近支巨星（C-rich AGB star）模型中的强度与可见度分布进行了理论分析，计算了不同波长和脉动相位下的均匀盘（UD）半径。研究发现，在存在质量损失且由C₂H₂吸收截面主导的模型中，UD半径强烈依赖于波长和相位，尤其是在3 μm和N波段；而无质量损失的模型则表现出接近均匀盘的行为，且不同方法计算的半径一致，凸显了开展多 epoch、多波段干涉观测的必要性，以避免对恒星大小的误读。

ABSTRACT

We present the first theoretical study on center-to-limb variation (CLV) properties and relative radius interpretation for narrow and broad-band filters, on the basis of a set of dynamic model atmospheres of C-rich AGB stars. We computed visibility profiles and the equivalent uniform disc radii (UD-radii) in order to investigate the dependence of these quantities upon the wavelength and pulsation phase. After an accurate morphological analysis of the visibility and intensity profiles determined in narrow and broad-band filter, we fitted our visibility profiles with a UD function simulating the observational approach. UD-radii have been computed using three different fitting-methods to investigate the influence of the sampling of the visibility profile: single point, two points and least square method. The intensity and visibility profiles of models characterized by mass loss show a behaviour very different from a UD. We found that UD-radii are wavelength dependent and this dependence is stronger if mass loss is present. Strong opacity contributions from C2H2 affect all radius measurements at 3 micron and in the N-band, resulting in higher values for the UD-radii. The predicted behaviour of UD-radii versus phase is complicated in the case of models with mass loss, while the radial changes are almost sinusoidal for the models without mass loss. Compared to the M-type stars, for the C-stars no windows for measuring the pure continuum are available.

研究动机与目标

• 研究存在或不存在质量损失的动态、富含碳的AGB星大气中的中心-边缘变化（CLV）与可见度分布特性。
• 采用多种拟合方法计算均匀盘（UD）半径，并评估在不同观测条件下其可靠性。
• 量化分子吸收截面（尤其是C₂H₂）及质量损失对窄带与宽带滤波器中干涉测量半径的影响。
• 比较C-rich AGB星与M型星在UD半径行为上的差异，特别关注连续谱窗口缺失的问题。
• 通过识别波长与脉动相位的关键依赖关系，为未来干涉观测（尤其是MATISSE）提供理论基础。

提出的方法

• 模拟了具有不同质量损失率与有效温度的动态C-rich AGB星大气模型。
• 在近红外（1.5–12 μm）的窄带与宽带滤波器中，计算了强度与可见度分布。
• 采用三种方法（单点法、两点法、最小二乘法）对可见度分布进行均匀盘（UD）函数拟合。
• 通过分析强度与可见度分布的形态特征，基于波长与吸收截面特性，将其分类为三类不同形态。
• 考虑了宽带观测中的带宽模糊效应，量化其对可见度分布形状及UD半径精度的影响。
• 定义了UD连续谱半径作为与波长和脉动相位无关的恒星本征大小参考值。

实验结果

研究问题

• RQ1 动态C-rich AGB星模型的强度与可见度分布如何随波长与脉动相位变化？
• RQ2 分子吸收截面（尤其是C₂H₂）在3 μm与N波段区域在多大程度上扭曲可见度分布，并影响推导出的UD半径？
• RQ3 质量损失如何改变CLV与可见度分布的形态？这对UD半径测量的可靠性有何影响？
• RQ4 在存在或不存在质量损失的模型中，不同拟合方法（单点法、两点法、最小二乘法）在推导UD半径时表现如何比较？
• RQ5 在缺乏可观测连续谱窗口的情况下，能否为C-rich AGB星定义一个可靠、与波长和相位无关的参考半径？

主要发现

• 存在质量损失的模型表现出强烈的非均匀盘（UD）特征，尤其在3 μm与N波段区域，这主要由C₂H₂强吸收截面引起。
• 存在质量损失的模型中，UD半径表现出强烈的波长依赖性，相位为零时，J波段与L′波段的UD半径比值达2.07，显著高于M型星中观测到的1.4。
• 在3 μm与N波段，UD半径系统性地大于其他波段，这是由于C₂H₂吸收截面导致恒星在这些波段显得更扩展。
• 无质量损失的模型中，强度与可见度分布接近均匀盘，且所有拟合方法得出的UD半径一致，表明其可靠性较高。
• 在脉动且存在质量损失的模型中，仅使用一个或两个可见度点推导UD半径会系统性低估真实半径，而最小二乘法能提供最准确的估计。
• 定义为与波长和相位无关的UD连续谱半径，可作为C-rich AGB星本征大小的稳健参考，尤其适用于无真实连续谱窗口的场合。