[论文解读] The radii and limb darkenings of Alpha Centauri A and B - Interferometric measurements with VLTI/PIONIER

P. Kervella, Lionel Bigot+2 more|arXiv (Cornell University)|Oct 19, 2016

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 71被引用 30

一句话总结

本研究利用VLTI/PIONIER在H波段（1.65 μm）对半人马座α A和B的边缘暗化角直径及边缘暗化参数进行了高精度的干涉测量。研究报告了A星的半径为1.2234 ± 0.0053 R☉，B星的半径为0.8632 ± 0.0037 R☉，其幂律边缘暗化指数分别为0.1404 ± 0.0050和0.1545 ± 0.0044，与当前的一维和三维恒星大气模型存在显著差异，后者系统性地高估了边缘暗化程度。

ABSTRACT

The photospheric radius is one of the fundamental parameters governing the radiative equilibrium of a star. We report new observations of the nearest solar-type stars Alpha Centauri A (G2V) and B (K1V) with the VLTI/PIONIER optical interferometer. The combination of four configurations of the VLTI enable us to measure simultaneously the limb darkened angular diameter thetaLD and the limb darkening parameters of the two solar-type stars in the near-infrared H band (lambda = 1.65 microns). We obtain photospheric angular diameters of thetaLD(A) = 8.502 +/- 0.038 mas (0.43%) and thetaLD(B) = 5.999 +/- 0.025 mas (0.42%), through the adjustment of a power law limb darkening model. We find H band power law exponents of alpha(A) = 0.1404 +/- 0.0050 (3.6%) and alpha(B) = 0.1545 +/- 0.0044 (2.8%), which closely bracket the observed solar value (alpha_sun = 0.15027). Combined with the parallax pi = 747.17 +/- 0.61 mas recently determined, we derive linear radii of RA = 1.2234 +/- 0.0053 Rsun (0.43%) and RB = 0.8632 +/- 0.0037 Rsun (0.43%). The power law exponents that we derive for the two stars indicate a significantly weaker limb darkening than predicted by both 1D and 3D stellar atmosphere models. As this discrepancy is also observed on near-infrared limb darkening profile of the Sun, an improvement of the calibration of stellar atmosphere models is clearly needed. The reported PIONIER visibility measurements of Alpha Cen A and B provide a robust basis to validate the future evolutions of these models.

研究动机与目标

• 以高精度测量邻近类太阳恒星半人马座α A和B的光球半径及边缘暗化轮廓。
• 通过将模型预测的边缘暗化与直接的干涉观测结果进行比较，评估当前一维和三维恒星大气模型的准确性。
• 为未来恒星大气建模的改进提供可靠基准，尤其针对参数接近太阳的恒星。
• 利用高精度干涉数据验证和校准基本恒星参数，支持盖亚任务和系外行星凌星建模。
• 研究可能影响可见度测量的表面非均质性，如黑子或近距离伴星。

提出的方法

• 在H波段（λ ≈ 1.65 μm）利用VLTI/PIONIER光束合器进行干涉观测，采用四种不同的基线配置以提高空间分辨率和稳定性。
• 在多个基线和方位角上测量半人马座α A和B的平方可见度，以提取角直径和边缘暗化参数。
• 使用幂律边缘暗化模型拟合观测到的可见度曲线，推导出边缘暗化指数α，其中角直径θ_LD作为自由参数。
• 结合Kervella等人（2016）给出的视 parallax（π = 747.17 ± 0.61 mas）测量结果，计算出以太阳半径为单位的线性半径。
• 通过分析可见度残差并与双星模型比较，检查是否存在黑子或暗伴星。
• 将结果与太阳边缘暗化进行验证，并将观测到的可见度轮廓与一维和三维恒星大气模型的预测进行比较。

实验结果

研究问题

• RQ1 在H波段，半人马座α A和B的精确边缘暗化角直径是多少？
• RQ2 半人马座α A和B的实测边缘暗化轮廓与一维和三维恒星大气模型的预测相比如何？
• RQ3 与直接的干涉测量相比，当前模型大气在多大程度上高估了边缘暗化？
• RQ4 观测到的边缘暗化轮廓差异是否可归因于建模技术或大气结构假设的局限性？
• RQ5 这些高精度测量对基本恒星参数的校准以及未来系外行星凌星建模有何影响？

主要发现

• 半人马座α A的边缘暗化角直径测量值为8.502 ± 0.038 mas，相对不确定度为0.43%。
• 半人马座α B的边缘暗化角直径测量值为5.999 ± 0.025 mas，相对不确定度为0.42%。
• 半人马座α A在H波段的幂律边缘暗化指数为α(A) = 0.1404 ± 0.0050，略低于太阳的0.15027。
• 半人马座α B在H波段的幂律边缘暗化指数为α(B) = 0.1545 ± 0.0044，略高于太阳值。
• 推导出的线性半径分别为1.2234 ± 0.0053 R☉（A星）和0.8632 ± 0.0037 R☉（B星），与先前测量结果一致。
• 观测到的边缘暗化轮廓与一维和三维恒星大气模型存在显著差异，后者系统性地高估了边缘暗化，尤其是在可见度函数的第二瓣区域。