[論文レビュー] A comprehensive study of young B stars in NGC 2264: I. Space photometry and asteroseismology

K. Zwintz, E. Moravveji+10 more|Mar 19, 2017

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 70被引用数 8

ひとこと要約

本研究は、MOST衛星の空間光度測定と補足的な地上観測データを用いて、NGC 2264星団内の若年性B型星の振動および変光を分析する。4つのSPB星が周期的に間隔をあけたgモード振動を示すことが同定され、それらがZAMS状態にあることが確認され、質量は4–6 M☉、年齢は1–6 Myrの範囲であると導出された。これは、若年性にもかかわらず、質量星の初期進化に関する重要な星地震学的制約を提供する。

ABSTRACT

Space photometric time series of the most massive members of the young open cluster NGC 2264 allow us to study their different sources of variability down to the millimagnitude level and permits a search for Slowly Pulsating B (SPB) type pulsation among objects that are only a few million years old. Our goal is to conduct a homogeneous study of young B type stars in the cluster NGC 2264 using photometric time series from space in combination with high-resolution spectroscopy and spectropolarimetry obtained from the ground. The latter will be presented in a separate follow-up article. We performed frequency analyses for eleven B stars in the field of the young cluster NGC 2264 using photometric time series from the MOST, CoRoT and Spitzer space telescopes and the routines Period04 and SigSpec. We employ the MESA stellar evolution code in combination with the oscillation code GYRE to identify the pulsation modes for two SPB stars which exhibit short period spacing series. From our analysis we identify four objects that show SPB pulsations, five stars that show rotational modulation of their light curves caused by spots, one star that is identified to be a binary, and one object in the field of the cluster that is found to be a non-member Be star. In two SPB stars we detect a number of regularly spaced pulsation modes that are compatible with being members of a g mode period series. Despite NGC 2264's young age, our analysis illustrates that its B type members have already arrived on the zero-age main sequence (ZAMS). Our asteroseismic analysis yields masses between 4 and 6 Msun and ages between 1 and 6 million years, which agree well to the overall cluster age.

研究の動機と目的

• MOST衛星の空間光度測定と地上観測のスペクトロスコピーを用いて、NGC 2264における若年性B型星の均一な研究を実施すること。
• 1–6百万年という非常に若い星団において、特にゆっくりと脈動するB型星（SPB星）の脈動的変動を同定・特徴づけること。
• gモード周期間隔の星地震学的モデリングを通じて、星の質量と年齢を特定すること。
• 急速な回転が脈動モードの検出およびモデル妥当性に与える影響を評価すること。
• 特にコアオーバーシュートと角運動量輸送に関する理論的モデルに対して、観測的制約を提供すること。

提案手法

• Period04およびSigSpecルーチンを用いて、MOST、CoRoT、Spitzer宇宙望遠鏡の光度時系列データに対して周波数解析を実施した。
• MESA星の進化コードとGYRE脈動コードを併用して、SPB星の脈動モードをモデリングおよび同定した。
• 2つのSPB星における周期間隔系列を分析し、モードの幾何学的性質（ℓ, m）を推定し、gモードに由来する規則的な間隔があるかを検証した。
• 地上観測による高分解能スペクトロスコピーおよびスペクトロポラリメトリを用いて、回転、連星性、磁場を評価した。
• Keplerで観測されたSPB星の周期間隔と比較することで、回転の影響およびモデルの一貫性を評価した。
• 高速回転星（Ω_rot > 40% of breakup frequency）における回転の従来の近似法の妥当性を検討し、現在のモデルにおける限界を指摘した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 NGC 2264の若年性B型星は、わずか1–6百万年という若さにもかかわらず、SPB型の脈動を示すか？
• RQ2 これらの若年性星において、gモード脈動の周期的間隔が検出可能か。また、それらは星の内部構造に何を明らかにするか？
• RQ3 高い回転速度（例：vsini ≈ 180–225 km s⁻¹）は、脈動モードの検出および解釈にどのように影響を及えるか？
• RQ4 これらの星の導出された質量と年齢は、星団全体の年齢およびZAMS進化と整合的か？
• RQ5 現在の星地震学的モデルは、高速回転する若年性B型星においてどの程度破綻するか。また、どのような改善が必要か？

主な発見

• NGC 2264の4つのB型星が、規則的なgモード周期間隔を示すSPB脈動を示しており、それらがゼロ年齢主系列（ZAMS）にあることが示された。
• 2つのSPB星（HD 48012およびHD 261810）は、gモード（ℓ = 2、n = 0）に相当する周期間隔系列を示しており、(ℓ, m) = (2, 0)および(1, +1)の解が妥当である。
• 星地震学的モデリングによる星の質量は4–6 M☉、年齢は1–6百万年であり、星団全体の年齢と整合的である。
• HD 48012およびHD 261810は、SPB星系列の中でも最も高速回転する星に属し、Ω_rotが破壊回転周波数の40%を超えており、回転の従来の近似法に挑戦する。
• 2つのSPB星の観測された周期間隔は理論的予測と整合的であるが、高い回転速度は、今後のモデルに化学的層化と非伝統的回転効果を組み込む必要があることを示唆している。
• より長い光度測定ベースライン、例えばTESSおよびPLATO 2.0で期待されるものが必要であり、長期間周期の間隔系列を検出し、真正の準主系列SPB星を確認するためである。