[論文レビュー] A VLT/FLAMES survey for massive binaries in Westerlund 1: I. first observations of luminous evolved stars

B. W. Ritchie, J. S. Clark+2 more|arXiv (Cornell University)|Sep 21, 2009

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 31被引用数 5

ひとこと要約

本研究は、若年で凝集した星団であるウェスターランド1に焦点を当てた長基線VLT/FLAMESサーベイにおいて、最初の径速度測定を報告する。明るい進化した星の複数エポック分の分光観測を用い、6つの信頼できる連星候補（30％の連星率）を同定し、約60％の対象で顕著な径速度変動を検出。初期B型超巨星では、大気層の振動が軌道運動の解釈を複雑にする。

ABSTRACT

Multiwavelength observations of the young massive cluster Westerlund 1 have revealed evidence for a large number of OB supergiant and Wolf-Rayet binaries. However, in most cases these findings are based on secondary binary characteristics such as hard X-ray emission and/or non-thermal radio spectra and hence provide little information on binary properties such as mass ratio and orbital period. To overcome this shortcoming we have initiated a long temporal baseline, VLT/FLAMES+GIRAFFE multi-epoch radial velocity survey that will provide the first direct constraints on these parameters. This study presents first results from twenty of the most luminous supergiant stars in Wd1. Statistically significant radial velocity changes are detected in ~60% of targets. W43a is identified as a short-period binary, while W234 and the newly-identified cluster member W3003 are probable binaries and W2a is a strong binary candidate. The cool hypergiants W243 and W265 display photospheric pulsations, while a number of early-mid B supergiants display radial velocity changes that we cannot distinguish between orbital or photospheric motion in our initial short-baseline survey. When combined with existing observations, we find 30% of our sample to be binary (6/20) while additional candidate binaries support a binary fraction amongst Wd1 supergiants in excess of ~40% [ABRIDGED]

研究の動機と目的

• VLT/FLAMESによる径速度モニタリングを用いて、ウェスターランド1における質量連星の軌道パラメータを直接測定すること。
• X線や電波的特徴といった間接的手法に制限があること（質量比や軌道周期に制約がないこと）を克服すること。
• 若く凝集した星団環境における質量連星の真の連星率を評価すること。
• 複数エポックのデータを用いて、変動する超巨星における軌道運動と大気層脈動の区別をすること。
• 将来的な連星進化経路や質量連星における星形成メカニズムの分析の基盤を提供すること。

提案手法

• 2008年7月から9月までの2か月間のベースラインで、ウェスターランド1の20個の明るい超巨星に対して、多エポックのVLT/FLAMES+GIRAFFE分光観測を実施。
• 8484–9001 Åの波長範囲における強いパッセーン系列の吸収ラインを用いて、径速度を測定。
• 統計的解析を適用し、連星系に起因する顕著な径速度変動を検出。
• X線、電波、赤外線の既存の多波長データと組み合わせ、連星候補をクロス同定。
• スペクトルプロファイルの変化を用いて、速度変動が軌道運動に起因するか、大気層脈動に起因するかを評価。
• X線、電波、発光線などの外部的証拠（例：X線、電波、発光線）によって同定された候補と比較することで、連星率を評価。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 径速度モニタリングによって制約されたウェスターランド1の質量連星の進化した超巨星における真の連星率は何か？
• RQ2 初期B型超巨星における径速度変動は、軌道運動に起因するか、大気層脈動に起因するか？
• RQ3 径速度結果は、事前に得られたX線や電波による間接的検出（例：X線や電波）とどのように比較できるか？
• RQ4 冷却超巨星や明るい青超巨星における大気層脈動は、径速度サーベイで軌道運動を模倣する程度はどの程度か？
• RQ5 観測された連星率は、競争的吸収や星の合体といった質量星形成理論にどのような含意を持つのか？

主な発見

• 20個の観測対象のうち6個（30％）が、複数エポックデータに基づき連星系に一致する統計的に顕著な径速度変動を示した。
• 約60％の対象が、約15–25 km s⁻¹の径速度変動を示したが、初期B型超巨星ではその原因（軌道運動対比脈動）が明確でない。
• W43aは短周期連星と特定された。W234、W3003、W2aはおそらくまたは強い連星候補である。
• 冷却超巨星W243とW265は大気層脈動を示し、W243は発光線スペクトルを説明するためには高温の伴星を必要とする。
• X線、電波、発光線データに基づく候補連星を含めると、推定される連星率は少なくとも40％に上昇する。
• 大気層脈動は、ウェスターランド1の遷移的B型超巨星および冷却超巨星において一般的な特徴であり、径速度解釈を複雑にする。