[论文解读] Large-scale environments of binary AGB stars probed by Herschel. II: Two companions interacting with the wind of pi1 Gruis

Andreas Mayer, A. Jorissen+13 more|arXiv (Cornell University)|Aug 18, 2014

Stellar, planetary, and galactic studies被引用 15

一句话总结

本研究利用赫歇尔/PACS和档案的VLTI/AMBER数据，调查了演化后的AGB星π¹ Gruis的非对称周星环境，揭示了一个分级三合星系统：一颗轨道周期P < 10年的近距离伴星塑造了富含尘埃且倾斜的盘状结构，而一颗距离较远的G0V型恒星（460 au）则驱动了阿基米德螺线状的星风模式。赫歇尔成像、自行异常和干涉测量闭合相位的综合证据证实，该三合星系统导致了恒星质量流失包层的复杂形态。

ABSTRACT

Context. The Mass loss of Evolved StarS (MESS) sample observed with PACS on board the Herschel Space Observatory revealed that several asymptotic giant branch (AGB) stars are surrounded by an asymmetric circumstellar envelope (CSE) whose morphology is most likely caused by the interaction with a stellar companion. The evolution of AGB stars in binary systems plays a crucial role in understanding the formation of asymmetries in planetary nebulæ (PNe), but at present, only a handful of cases are known where the interaction of a companion with the stellar AGB wind is observed. Aims. We probe the environment of the very evolved AGB star $π^1$ Gruis on large and small scales to identify the triggers of the observed asymmetries. Methods. Observations made with Herschel/PACS at 70 $μ$m and 160 $μ$m picture the large-scale environment of $π^1$ Gru. The close surroundings of the star are probed by interferometric observations from the VLTI/AMBER archive. An analysis of the proper motion data of Hipparcos and Tycho-2 together with the Hipparcos Intermediate Astrometric Data help identify the possible cause for the observed asymmetry. Results. The Herschel/PACS images of $π^1$ Gru show an elliptical CSE whose properties agree with those derived from a CO map published in the literature. In addition, an arc east of the star is visible at a distance of $38^{\prime\prime}$ from the primary. This arc is most likely part of an Archimedean spiral caused by an already known G0V companion that is orbiting the primary at a projected distance of 460 au with a period of more than 6200 yr. However, the presence of the elliptical CSE, proper motion variations, and geometric modelling of the VLTI/AMBER observations point towards a third component in the system, with an orbital period shorter than 10 yr, orbiting much closer to the primary than the G0V star.

研究动机与目标

• 理解在演化后的AGB星π¹ Gruis周围观测到的非对称周星包层（CSE）的起源。
• 确定观测到的不对称性是由双星伴星还是系统中多个伴星引起的。
• 通过多波段观测和天体测量分析，确定不可见伴星的轨道参数和物理特性。
• 检验观测到的螺旋结构和椭圆CSE是否能通过伴星与星风相互作用的流体动力学模型加以解释。
• 通过远红外成像、干涉测量和自行数据的结合，解决CSE形态起源的模糊性。

提出的方法

• 赫歇尔/PACS在70 μm和160 μm波段的成像，绘制了π¹ Gruis大尺度周星环境的图像，揭示了一个椭圆CSE和一个遥远的弧状结构。
• 干涉测量的VLTI/AMBER观测探测了恒星的近距离环境，检测到表明不对称性的闭合相位特征。
• 利用依巴谷和第谷-2星表数据（包括中间天体测量数据IAD）进行自行分析，以探测光中心的轨道运动。
• 应用伴星与星风相互作用的流体动力学模型，以重现观测到的螺旋和盘状结构。
• 对VLTI/AMBER数据进行几何建模，约束潜在近距离伴星的轨道参数。
• 将赫歇尔数据与现有CO图谱进行比较，确认了CSE的对齐情况和轴比，支持盘状模型。

实验结果

研究问题

• RQ1 是什么原因导致了π¹ Gruis周围周星包层的椭圆形态？
• RQ2 位于恒星东侧38角秒处的弧状结构是否能通过已知伴星对AGB星风的引力相互作用来解释？
• RQ3 负责观测到的不对称性的潜在第三颗伴星的轨道周期和质量是多少？
• RQ4 π¹ Gruis的自行变化如何与不可见伴星的存在相关联？
• RQ5 结合干涉测量闭合相位与远红外成像，能否解决系统构型中的歧义？

主要发现

• 赫歇尔/PACS图像揭示了一个尺寸为72角秒×60角秒（11,750×9,790 au）的椭圆周星包层（CSE），其方向与CO发射一致，相对于天球平面倾角为35°。
• 位于π¹ Gruis东侧38角秒处、朝东北方向弯曲的弧状结构，被识别为由已知的G0V型伴星（投影分离距离460 au，轨道周期>6,200年）引起的阿基米德螺线的一部分。
• 依巴谷和第谷-2数据的自行分析揭示，光中心运动与一颗质量为0.5–1.5 M☉、轨道偏心率高的伴星（周期4.6–9.7年）的轨道运动一致，表明存在一颗近距离伴星。
• VLTI/AMBER干涉测量数据显示出闭合相位特征，定性上与洛希瓣模型一致，支持近距离伴星的存在，尽管与黑子或耀斑的混淆仍有可能。
• 椭圆CSE与螺旋弧的结合强烈支持一个分级三合星系统：近距离伴星（P < 10年）塑造了盘状结构，而遥远的G0V型恒星则驱动了螺旋图案。
• 已知的G0V型伴星因距离过远，无法解释盘状结构的形成，从而排除了通过风洛希瓣溢出（WRLOF）导致的风聚焦机制，因此确认需要一颗更近的伴星。