[论文解读] The circumstellar envelopes of the Cepheids L Car and RS Pup - Comparative study in the infrared with Spitzer, VLT/VISIR and VLTI/MIDI

P. Kervella, A. Mérand+1 more|arXiv (Cornell University)|Feb 10, 2009

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 57被引用 32

一句话总结

本研究利用斯皮策望远镜、甚大望远镜/VISIR以及甚大望远镜干涉仪/MIDI的多波长红外观测，表征了明亮造父变星ℓ Car和RS Pup的包层星周物质（CSEs）。研究发现，两颗恒星均存在来自持续质量损失的温暖CSE，范围为100–1000 AU，而RS Pup的广泛冷尘壳层（约100,000 AU）可能起源于星际介质，解释了其稀有性，并表明此类大尺度包层需在原恒星形成时期处于高密度星际环境之中。

ABSTRACT

[Abridged] - Context: Circumstellar envelopes (CSEs) around Cepheids are particularly interesting as they could impact the Cepheid distance scale, and imply stellar mass loss. Aims: Our goal is to establish the spatial and spectral properties of the CSEs of L Car and RS Pup. This is done through a parametrization of the envelopes in terms of fractional flux (with respect to the star) and angular size. - Methods: We retrieved archival Spitzer images of the two stars (3.5-70 mic), and obtained new imaging with the VLT/VISIR camera in BURST mode (8.6-11.9 mic), as well as interferometry with VLTI/MIDI (8-13 mic). This combination allows us to probe the envelopes over arcminute to milliarcsecond scales. - Results: The CSE of RS Pup is resolved at 24 and 70 mic by Spitzer, and around 10 mic by MIDI and VISIR. The compact envelope of L Car is resolved only in the VISIR and MIDI observations. However, the properties of the IR excesses differ considerably : a warm component is present around both stars at a spatial scale of a few 100 to a few 1 000 AU, but RS Pup presents in addition a large (several 100 000 AU) and cold (~40 K) dusty envelope. - Conclusions: We propose that the reflection nebula surrounding RS Pup has an interstellar origin, while the warm CSEs of both stars were created by ongoing stellar mass loss. Such warm circumstellar envelopes are probably common around Cepheids.

研究动机与目标

• 表征长周期造父变星ℓ Car和RS Pup周围包层星周物质（CSEs）的空间与光谱特性。
• 确定观测到的红外超量是否源于恒星质量损失或外部星际物质。
• 评估CSEs对造父变星周光关系及距离尺度校准的影响。
• 研究围绕RS Pup的大型冷尘状星云的形成机制。

提出的方法

• 获取斯皮策IRAC和MIPS档案图像（3.5–70 µm），以绘制扩展红外发射图。
• 利用甚大望远镜/VISIR在BURST模式下于8.6–11.9 µm波段进行衍射极限成像，以解析紧凑结构。
• 利用甚大望远镜干涉仪/MIDI在8–13 µm波段进行干涉观测，以探测毫角秒尺度结构。
• 结合单镜面与干涉观测数据，覆盖3.5–70 µm波段，实现从弧分钟到毫角秒的宽动态角分辨率。
• 采用流量分数与角大小参数化方法，对CSEs的光谱能量分布进行建模。
• 应用相位参考技术，校正高分辨率观测中的大气与仪器效应。

实验结果

研究问题

• RQ1 ℓ Car和RS Pup周围包层星周物质的空间与光谱特性是什么？
• RQ2 两颗恒星中温暖CSE组分是否与持续的恒星质量损失一致？
• RQ3 尽管ℓ Car与RS Pup具有相似的光度和脉动周期，为何RS Pup的冷而延展的尘埃壳层在ℓ Car中缺失？
• RQ4 RS Pup的巨大冷包层是否可能源于星际介质而非恒星本身？
• RQ5 这些CSEs对造父变星周光关系及距离尺度校准有何影响？

主要发现

• 斯皮策望远镜在24 µm和70 µm波段，以及VISIR和MIDI在~10 µm波段，均成功解析了RS Pup的包层星周物质，揭示出位于约100,000 AU处、温度约为40 K的大型冷尘壳层。
• ℓ Car的CSE更为紧凑，仅在~10 µm波段由VISIR和MIDI解析，表明其空间尺度小于RS Pup的包层。
• 两颗恒星在~10 µm波段均表现出显著的温暖CSE组分，空间尺度为100–1,000 AU，与持续的恒星质量损失一致。
• RS Pup的冷尘壳层在ℓ Car周围未被探测到，表明此类大尺度包层需在原恒星形成时期具备高星际介质（ISM）尘埃密度。
• CSEs的光谱与空间特性表明，RS Pup的冷组分极有可能起源于星际介质，其形态由原恒星主序阶段的恒星风与紫外辐射塑造。
• 两颗恒星中均存在温暖CSE，表明此类包层可能在长周期造父变星中普遍存在，但像RS Pup那样巨大的冷包层极为罕见，需特定的ISM条件才能形成。