[论文解读] The dust disk and companion of the nearby AGB star L2 Puppis - SPHERE/ZIMPOL polarimetric imaging at visible wavelengths

P. Kervella, M. Montargès+7 more|Universidad de Chile|Nov 13, 2015

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 37被引用 42

一句话总结

本研究利用甚大望远镜（VLT）上的SPHERE/ZIMPOL偏振成像技术，在可见光波段确认了距离地球64 pc的近邻AGB星L2 Puppis周围存在一个几乎边缘朝向的尘埃盘，并探测到一颗分离距离为2 AU的近距离伴星。高分辨率偏振图揭示了具有螺旋结构和正交尘埃喷流的三维尘埃盘结构，表明该系统正处于通过双星相互作用和尘埃准直作用形成双极行星状星云的早期阶段。

ABSTRACT

The bright southern star L2 Pup is a particularly prominent asymptotic giant branch (AGB) star, as its distance of 64 pc makes it the nearest of its type. We report new adaptive optics observations of L2 Pup at visible wavelengths with the SPHERE/ZIMPOL instrument of the VLT that confirm the presence of the circumstellar dust disk at high inclination discovered recently by Kervella et al. (2014b). The signature of the three-dimensional structure of the disk is clearly observed in the map of the degree of linear polarization pL. We identify the inner rim of the disk through its polarimetric signature at a radius of 6 AU from the AGB star. The ZIMPOL intensity images in the V and R bands also reveal a close-in secondary source at a projected separation of 2 AU from the primary. The identification of the spectral type of this companion is uncertain due to the strong reddening from the disk, but its photometry suggests that it is a late K giant, of comparable mass to the AGB star. We present refined physical parameters for the dust disk derived using the RADMC-3D radiative transfer code. We also interpret the pL map using a simple polarization model to infer the three-dimensional structure of the envelope. Interactions between the inner binary system and the disk apparently form spiral structures that propagate along the orthogonal axis to the disk to form streamers. Two dust plumes propagating orthogonally to the disk are also detected. They originate in the inner stellar system, and are possibly related to the interaction of the wind of the two stars with the material in the disk. Based on the morphology of the envelope of L2 Pup, we propose that this star is at an early stage of the formation of a bipolar planetary nebula.

研究动机与目标

• 确定围绕近邻AGB星L2 Puppis的尘埃包层的三维几何结构。
• 研究L2 Puppis系统中伴星的存在及其性质，该伴星可能影响盘状结构的形态。
• 评估观测到的盘状结构与喷流是否指示双极行星状星云形成的早期阶段。
• 检验双星相互作用在演化后期恒星不对称质量抛射中的作用。
• 验证可见光波段偏振测量在探测尘埃丰富、边缘朝向的原行星系统环境中的有效性。

提出的方法

• 利用甚大望远镜（VLT）上的SPHERE/ZIMPOL进行高对比度、衍射受限的偏振成像，观测波段为可见光（V和R波段）。
• 通过分析线性偏振度（pL）图来推断尘埃分布和散射几何的三维结构。
• 利用RADMC-3D进行辐射转移建模，以推导尘埃盘的物理参数，包括温度、密度和标高。
• 将观测到的偏振图案与简单散射模型进行比较，以约束盘的倾角和翘曲程度。
• 使用PSF和测光校准源（如β Col）校正仪器效应，提高动态范围。
• 结合亮度与偏振数据以探测微弱伴星，并将其与散射光伪影区分开。

实验结果

研究问题

• RQ1 L2 Puppis周围原行星尘埃盘的真实三维几何结构是什么？
• RQ2 L2 Puppis系统中是否存在恒星伴星？其轨道分离距离和光谱类型如何？
• RQ3 观测到的螺旋结构和正交尘埃喷流在盘中是如何形成的？
• RQ4 观测到的形态是否可由双星诱导的盘状准直作用与风相互作用来解释？
• RQ5 L2 Puppis是否处于形成双极行星状星云的早期演化阶段？

主要发现

• L2 Puppis周围的尘埃盘几乎为边缘朝向，倾角为82°，其特征性偏振图谱已得到证实。
• 通过其独特的偏振特征，已识别出盘内边缘位于6 AU半径处。
• 在距主星投影距离2 AU处探测到一颗近距离伴星，测光结果表明其为一颗晚期K型巨星，质量与AGB星相近。
• 观测到螺旋结构和两条正交的尘埃喷流，可能由双星系统与盘的相互作用形成。
• 盘的翘曲几何结构与正交喷流表明其可能作为双极质量抛射的准直器，提示该系统正处于形成双极行星状星云的早期阶段。
• 该系统是未来ALMA观测的优选目标，可用于探测气体动力学，并通过CO谱线和SiO脉泽成像验证盘模型。