[论文解读] Thermal infrared properties of classical and type II Cepheids Diffraction limited 10 microns imaging with VLT/VISIR

A. Gallenne, P. Kervella+1 more|arXiv (Cornell University)|Nov 30, 2011

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 3被引用 21

一句话总结

本研究利用甚大望远镜/VISIR在8.59–11.85 μm波段对11颗仙后座变星（8颗经典型，3颗II型）进行了衍射极限的热红外成像，检测到10颗恒星存在包层星周物质（CSEs）。研究证实了脉动周期与红外超量之间存在相关性，CSE流量最高可达恒星光球辐射的16.3 %，表明质量损失广泛存在，可能影响塞菲迪斯距离测量，尤其对詹姆斯·韦布空间望远镜（JWST）的应用具有影响。

ABSTRACT

We present new thermal IR photometry and spectral energy distributions (SEDs) of eight classical Cepheids (type I) and three type II Cepheids, using VISIR thermal IR photometric measurements, supplemented with literature data. We used the BURST mode of the instrument to get diffraction-limited images at 8.59, 11.25 and 11.85 μm. The SEDs show a IR excess at wavelengths longer than 10μm in ten of the eleven stars. We tentatively attribute these excesses to circumstellar emission created by mass loss from the Cepheids. With some hypotheses for the dust composition, we estimated a total mass of the envelope ranging from 10-10 to 10-8 M\odot. We also detect a spatially extended emission around AX Cir, X Sgr, W Sgr, Y Oph and U Car while we do not resolve the circumstellar envelope (CSE) for the other stars. The averaged circumstellar envelope brightnesses relative to the stellar photosphere are α(AX Cir) = 13.8\pm2.5%, α(X Sgr) = 7.9\pm1.4%, α(W Sgr) = 3.8\pm0.6%, α(Y Oph) = 15.1\pm1.4% and α(U Car) = 16.3\pm1.4% at 8.59 μm. With this study, we extend the number of classical Cepheids with detected CSEs from 9 to 14, confirming that at least a large fraction of all Cepheids are experiencing significant mass loss. The presence of these CSEs may also impact the future use of Cepheids as standard candles at near and thermal infrared wavelengths.

研究动机与目标

• 利用高角分辨率成像研究经典型和II型仙后座变星的热红外特性。
• 通过10 μm波段的衍射极限成像探测并表征仙后座变星周围的星周包层（CSEs）。
• 量化CSEs对总红外辐射通量的贡献，并评估其对仙后座变星距离测量的影响。
• 研究脉动周期与红外超量之间的相关性，以理解质量损失机制。
• 在将方法推广至经典型仙后座变星之前，利用已知的II型仙后座变星验证建模方法。

提出的方法

• 利用甚大望远镜上的VISIR仪器的BURST模式，在8.59、11.25和11.85 μm波段获取衍射极限的图像。
• 对数千张短曝光帧应用平移-叠加技术，以克服大气视宁度影响，实现衍射极限的角分辨率。
• 采用剪切-调制技术抑制数据立方中的仪器和热背景伪影。
• 在最终的叠加图像上执行孔径测光，以提取流量并构建光谱能量分布（SEDs）。
• 采用基于傅里叶的分析方法，检测超出恒星光球的延伸空间发射成分。
• 假设标准尘埃性质，基于红外超量对尘埃成分进行建模，并估算总包层质量。

实验结果

研究问题

• RQ1 经典型和II型仙后座变星是否因星周物质而表现出热红外超量？
• RQ2 在10 μm波段，仙后座变星周围星周包层的空间范围和流量贡献如何？
• RQ3 脉动周期与热红外波段CSE相对流量之间是否存在相关性？
• RQ4 CSEs的存在如何影响仙后座变星距离测量的准确性，尤其是对JWST的影响？
• RQ5 CSEs对仙后座变星质量差异问题及脉动驱动的质量损失机制有何影响？

主要发现

• 11颗仙后座变星中的10颗（8颗经典型，3颗II型）在10 μm以上的波长处表现出显著的红外超量，表明存在星周辐射。
• 在8.59 μm波段，星周包层亮度相对于光球的比值在3.8 %（W Sgr）至16.3 %（U Car）之间，其中Y Oph和U Car的超量最大。
• 5颗恒星（AX Cir、X Sgr、W Sgr、Y Oph、U Car）显示出空间分辨的延伸发射，其余恒星在衍射极限下仍为未分辨状态。
• 本研究将已探测到CSEs的经典型仙后座变星数量从9颗增加至14颗，证实CSEs在仙后座变星中广泛存在。
• 在8.6 μm波段发现脉动周期与CSE流量之间存在正相关性，与先前K波段的发现一致，表明周期更长的仙后座变星具有更强的质量损失。
• 估算的总包层质量范围为10⁻¹⁰至10⁻⁸ M☉，支持质量损失由脉动引起的激波和尘埃形成驱动的假设。