[论文解读] Multiplicity of Galactic Cepheids from long-baseline interferometry. II. The Companion of AX Circini revealed with VLTI/PIONIER

A. Gallenne, A. Mérand+7 more|arXiv (Cornell University)|Dec 6, 2013

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 31被引用 21

一句话总结

本研究利用VLTI/PIONIER长基线干涉测量技术，对仙王座Cepheid AX Circini的近距离伴星进行空间分辨，测得其投影分离度（29.2 ± 0.2 mas）与H波段通量比（0.83 ± 0.14%），从而得出该系统总质量的下限为9.7 ± 0.6 M☉。结果为Cepheid双星系统的动力学质量估算与距离标定提供了关键约束。

ABSTRACT

Aims: We aim at detecting and characterizing the main-sequence companion of the Cepheid AX Cir ($P_\mathrm{orb} \sim $ 18 yrs). The long-term objective is to estimate the mass of both components and the distance to the system. Methods: We used the PIONIER combiner at the VLT Interferometer to obtain the first interferometric measurements of the short-period Cepheid AX Cir and its orbiting component. Results: The companion is resolved by PIONIER at a projected separation $ρ= 29.2 \pm 0.2$ mas and projection angle $PA = 167.6 \pm 0.3^{\circ}$. We measured $H$-band flux ratios between the companion and the Cepheid of $0.90 \pm 0.10$ % and $0.75 \pm 0.17$ %, respectively at a pulsation phase for the Cepheid $ϕ= 0.24$ and 0.48. The lower contrast at $ϕ= 0.48$ is due to increased brightness of the Cepheid compared to the $ϕ= 0.24$. This gives an average apparent magnitude $m\mathrm{_H (comp)} = 9.06 \pm 0.24$ mag. The limb-darkened angular diameter of the Cepheid at the two pulsation phases was measured to be $θ_\mathrm{LD} = 0.839 \pm 0.023$ mas and $θ_\mathrm{LD} = 0.742 \pm 0.020$ mas, respectively at $ϕ= 0.24$ and 0.48. A lower limit on the total mass of the system was also derived based on our measured separation, we found $M_\mathrm{T} \geq 9.7 \pm 0.6 M_\odot$.

研究动机与目标

• 检测并表征已知轨道周期约为18年的Cepheid AX Cir的近距离主序星伴星。
• 利用高角分辨率干涉测量技术，测定伴星的天体测量位置与通量比。
• 基于测得的投影分离度与轨道周期，推导双星系统的总质量下限。
• 通过在双星系统中实现动力学质量测量，助力解决Cepheid质量差异问题。
• 通过轨道视差实现几何距离标定，并利用分辨的双星系统改进Leavitt定律的标定。

提出的方法

• 在甚大望远镜干涉仪（VLTI）上使用PIONIER光束合束器，获取高空间分辨率的可见度与闭合相位测量数据。
• 将系统建模为一个均匀盘（Cepheid）加一个点源（伴星），通过拟合干涉数据推导出角分离度与通量比。
• 采用边缘暗化盘模型，测量Cepheid在两个脉动相位（φ = 0.24 和 φ = 0.48）下的角直径。
• 利用2MASS H波段星等进行通量比校准，并通过E(B−V) = 0.262与RV = 3.23校正星际消光。
• 应用开普勒第三定律，基于投影分离度与轨道周期推导出系统总质量的下限。
• 将测得的分离度与K波段周期-光度距离（d = 500 ± 10 pc）结合，估算绝对星等与质量约束。

实验结果

研究问题

• RQ1 能否利用长基线干涉测量技术对AX Circini的近距离伴星实现空间分辨？
• RQ2 在不同脉动相位下，Cepheid与其伴星在H波段的通量比是多少？
• RQ3 伴星相对于Cepheid的投影角分离度与位置角是多少？
• RQ4 能否基于干涉测量结果，为双星系统的总质量设定一个下限？
• RQ5 这些测量结果如何有助于解决Cepheid质量差异问题并改进距离标定？

主要发现

• AX Circini的伴星在投影分离度为29.2 ± 0.2 mas、位置角为167.8 ± 0.3°的条件下被成功空间分辨。
• 测得伴星与Cepheid在H波段的通量比为0.83 ± 0.14%，其平均视星等为mH(comp) = 9.06 ± 0.24 mag。
• Cepheid的边缘暗化角直径从φ = 0.24时的0.839 ± 0.023 mas减小至φ = 0.48时的0.742 ± 0.020 mas，与脉动变化一致。
• 基于投影分离度与轨道周期，推导出系统总质量的下限为9.7 ± 0.6 M☉。
• 该质量下限与Cepheid的脉动质量（约5.1 M☉）及伴星光谱型B6V的估计质量（5 M☉）一致。
• 本研究证明了利用干涉测量技术分辨并表征近距离Cepheid伴星的可行性，为未来实现完整轨道解与动力学质量测定奠定了基础。