[论文解读] Tests of stellar model atmospheres by optical interferometry IV: VINCI interferometry and UVES spectroscopy of Menkar

M. Wittkowski, J. P. Aufdenberg+4 more|ArXiv.org|Oct 5, 2006

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 39被引用 19

一句话总结

本研究结合VLTI/VINCI K波段干涉测量与VLT/UVES高分辨率光谱观测，测试并校准了M1.5型巨星α Cet（Menkar）的球对称PHOENIX恒星大气模型。高精度角直径（12.20 mas ± 0.04 mas）与总通量得出有效温度为3795 K ± 70 K，半径为89 ± 5 R⊙，光度为1460 ± 300 L⊙，质量为2.3 ± 0.2 M⊙，模型预测与星周暗化及谱线轮廓一致，尽管在高分辨率下仍存在微小差异。

ABSTRACT

We present K-band interferometric and optical spectroscopic observations of Menkar obtained with the instruments VINCI and UVES at Paranal Observatory. Spherically symmetric PHOENIX stellar model atmospheres are constrained by comparison to our interferometric and spectroscopic data, and high-precision fundamental parameters of Menkar are obtained. Our high-precision VLTI/VINCI observations in the first and second lobes of the visibility function directly probe the model-predicted strength of the limb darkening effect in the K-band and the stellar angular diameter. The high spectral resolution of UVES allows us to confront observed and model-predicted profiles of atomic lines and molecular bands. We show that our derived PHOENIX model atmosphere for Menkar is consistent with both the measured strength of the limb-darkening in the near-infrared K-band and the profiles of spectral bands around selected atomic lines and TiO bandheads. At the detailed level of our high spectral resolution, however, noticeable discrepancies between observed and synthetic spectra exist. We obtain a Rosseland angular diameter of Theta_Ross=12.20 mas pm 0.04 mas. Together with the Hipparcos parallax, it corresponds to R_Ross=89 pm 5 R_sun, and together with the bolometric flux to T_eff=3795 K pm 70 K.Our approach illustrates the power of combining interferometry and high-resolution spectroscopy to constrain and calibrate stellar model atmospheres. The simultaneous agreement of the model atmosphere with our interferometric and spectroscopic data increases confidence in the reliability of the modelling of this star, while discrepancies at the detailed level of the high resolution spectra can be used to further improve the underlying model.

研究动机与目标

• 利用多波段观测数据测试球对称PHOENIX恒星模型大气的准确性。
• 通过干涉与光谱联合技术，高精度约束M1.5型巨星α Ceti（Menkar）的基本参数。
• 评估PHOENIX模型预测的K波段星周暗化与直接干涉测量结果的一致性。
• 评估高光谱分辨率（R = 80,000–110,000）下观测与合成光谱在原子线与TiO带头处的一致性。
• 识别模型与观测之间的差异，以指导未来大气建模的改进。

提出的方法

• 利用VLTI/VINCI在近红外K波段进行干涉观测，测量恒星可见度函数，直接探测星周暗化与角直径。
• 利用VLT/UVES在R = 80,000–110,000的高光谱分辨率获取光学光谱，分析370 nm至1000 nm范围内的原子线轮廓与TiO分子带的详细特征。
• 将观测到的干涉可见度数据与光谱轮廓，与球对称PHOENIX模型大气生成的合成数据进行比较。
• 利用干涉测量获得的Rosseland角直径与光谱测光获得的总通量，确定有效温度、半径与光度。
• 基于推导出的基本参数，利用恒星演化轨迹估算质量与表面重力。
• 通过比较光学至近红外波段观测与合成光谱的一致性，评估模型一致性，识别残留的光谱不匹配。

实验结果

研究问题

• RQ1 PHOENIX模型大气在多大程度上准确再现了α Cet在K波段的观测星周暗化强度？
• RQ2 PHOENIX模型生成的合成光谱与UVES数据中观测到的高分辨率原子线轮廓与TiO带头轮廓的匹配程度如何？
• RQ3 基于干涉与光谱联合约束，α Cet的最精确基本恒星参数（Teff, R, L, M, log g）是什么？
• RQ4 在R = 110,000时，观测与合成光谱之间的差异是否源于线列准确性、对流处理或其它模型假设的限制？
• RQ5 与平面平行近似相比，模型的球对称几何结构在K波段是否显著影响预测的星周暗化？

主要发现

• 利用VLTI/VINCI干涉测量，高精度测得α Cet的Rosseland角直径为12.20 mas ± 0.04 mas。
• 基于角直径与光谱测光获得的总通量，推导出的有效温度为3795 K ± 70 K。
• 恒星半径确定为89 ± 5 R⊙，光度为1460 ± 300 L⊙，与演化轨迹一致。
• 基于演化模型，估算出恒星质量为2.3 ± 0.2 M⊙，表面重力为log g = 0.9 ± 0.1（cgs）。
• PHOENIX模型大气与K波段实测星周暗化及观测光谱带的整体形状一致。
• 尽管整体一致，但在高分辨率下，观测与合成光谱之间仍存在明显差异，尤其体现在线强、线位移与精细光谱特征上。