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Discovery of a complex linearly polarized spectrum of Betelgeuse dominated by depolarization of the continuum

Authors :
Konstantinova-Antova R.
Agnès Lèbre
Aurière M.
Tessore B.
Chiavassa A.
Kervella P.
Josselin E.
Donati J.-F.
Grunhut J. H.
López Ariste A.
Mathias P.
Wade G. A.
Fabrice Herpin
Fabas N.
Perrin G.
Paletou F.
Montargès M.
Petit P.
Institut de recherche en astrophysique et planétologie (IRAP)
Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire Midi-Pyrénées (OMP)
Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France -Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France -Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Laboratoire Univers et Particules de Montpellier (LUPM)
Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Centre de Recherche en Cancérologie de Marseille (CRCM)
Aix Marseille Université (AMU)-Institut Paoli-Calmettes
Fédération nationale des Centres de lutte contre le Cancer (FNCLCC)-Fédération nationale des Centres de lutte contre le Cancer (FNCLCC)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Institut de RadioAstronomie Millimétrique (IRAM)
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Laboratoire d'études spatiales et d'instrumentation en astrophysique (LESIA)
Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire de Paris
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Bulgarian Academy of Sciences (BAS)
Cranfield University
FORMATION STELLAIRE 2016
Laboratoire d'Astrophysique de Bordeaux [Pessac] (LAB)
Université de Bordeaux (UB)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Bordeaux (UB)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
DAM Île-de-France (DAM/DIF)
Direction des Applications Militaires (DAM)
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)
Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Observatoire Midi-Pyrénées (OMP)
Météo France-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Météo France-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Université Montpellier 2 - Sciences et Techniques (UM2)-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Source :
Astronomy and Astrophysics-A&A, Astronomy and Astrophysics-A&A, 2016, 591, pp.A119. ⟨10.1051/0004-6361/201628077⟩, NASA Astrophysics Data System, Astronomy and Astrophysics-A&A, EDP Sciences, 2016, 591, pp.A119. ⟨10.1051/0004-6361/201628077⟩
Publication Year :
2016
Publisher :
HAL CCSD, 2016.

Abstract

Betelgeuse is an M supergiant that harbors spots and giant granules at its surface and presents linear polarization of its continuum. We have previously discovered linear polarization signatures associated with individual lines in the spectra of cool and evolved stars. Here, we investigate whether a similar linearly polarized spectrum exists for Betelgeuse. We used the spectropolarimeter Narval, combining multiple polarimetric sequences to obtain high signal-to-noise ratio spectra of individual lines, as well as the least-squares deconvolution (LSD) approach. We have discovered the existence of a linearly polarized spectrum for Betelgeuse, detecting a rather strong signal (at a few times 10$^{-4}$ of the continuum intensity level), both in individual lines and in the LSD profiles. Studying its properties and the signal observed for the resonant \ion{Na}{i}\,D lines, we conclude that we are mainly observing depolarization of the continuum by the absorption lines. The linear polarization of the Betelgeuse continuum is due to the anisotropy of the radiation field induced by brightness spots at the surface and Rayleigh scattering in the atmosphere. We have developed a geometrical model to interpret the observed polarization, from which we infer the presence of two brightness spots and their positions on the surface of Betelgeuse. We show that applying the model to each velocity bin along the Stokes Q and U profiles allows the derivation of a map of the bright spots. We use the Narval linear polarization observations of Betelgeuse obtained over a period of 1.4 years to study the evolution of the spots. Our study of the linearly polarized spectrum of Betelgeuse provides a novel method for studying the evolution of brightness spots at its surface and complements quasi-simultaneous observations obtained with PIONIER at the VLTI.<br />13 pages, 10 figures, accepted for publication in Astronomy and Astrophysics

Details

Language :
English
ISSN :
00046361
Database :
OpenAIRE
Journal :
Astronomy and Astrophysics-A&A, Astronomy and Astrophysics-A&A, 2016, 591, pp.A119. ⟨10.1051/0004-6361/201628077⟩, NASA Astrophysics Data System, Astronomy and Astrophysics-A&A, EDP Sciences, 2016, 591, pp.A119. ⟨10.1051/0004-6361/201628077⟩
Accession number :
edsair.doi.dedup.....0d4dd4c656608bdce976fe13ae884d99