[論文レビュー] Exploring the origin of magnetic fields in massive stars: II. New magnetic field measurements in cluster and field stars

S. Hubrig, M. Schöller+8 more|arXiv (Cornell University)|Jan 18, 2013

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 88被引用数 24

ひとこと要約

本研究では、30個の巨大星に対する67件の新たな分光偏光観測を報告し、事前に検出済みの9つの星における磁場の確認と、3σ以上の有意水準で新たに5つの磁場検出を報告した。これらの結果は、巨大星における磁場が普遍的ではなく、特定のスペクトル型や環境（オープンクラスターや候補ランウェイ星を含む）に集中していることを示唆しており、磁場強度と出現率の観測的傾向を通じて、巨大星における磁場生成のメカニズムに重要な制約を与える。

ABSTRACT

Theories on the origin of magnetic fields in massive stars remain poorly developed, because the properties of their magnetic field as function of stellar parameters could not yet be investigated. To investigate whether magnetic fields in massive stars are ubiquitous or appear only in stars with a specific spectral classification, certain ages, or in a special environment, we acquired 67 new spectropolarimetric observations for 30 massive stars. Among the observed sample, roughly one third of the stars are probable members of clusters at different ages, whereas the remaining stars are field stars not known to belong to any cluster or association. Spectropolarimetric observations were obtained during four different nights using the low-resolution spectropolarimetric mode of FORS2 (FOcal Reducer low dispersion Spectrograph) mounted on the 8-m Antu telescope of the VLT. Furthermore, we present a number of follow-up observations carried out with the high-resolution spectropolarimeters SOFIN mounted at the Nordic Optical Telescope (NOT) and HARPS mounted at the ESO 3.6m between 2008 and 2011. To assess the membership in open clusters and associations, we used astrometric catalogues with the highest quality kinematic and photometric data currently available. The presence of a magnetic field is confirmed in nine stars previously observed with FORS1/2: HD36879, HD47839, CPD-282561, CPD-472963, HD93843, HD148937, HD149757, HD328856, and HD164794. New magnetic field detections at a significance level of at least 3sigma were achieved in five stars: HD92206c, HD93521, HD93632, CPD-468221, and HD157857. Among the stars with a detected magnetic field, five stars belong to open clusters with high membership probability. According to previous kinematic studies, five magnetic O-type stars in our sample are candidate runaway stars.

研究の動機と目的

• 巨大星における磁場が普遍的であるのか、それとも特定のスペクトル型、年齢、環境に限定されているのかを調査すること。
• 新たな分光偏光データを用いて、巨大星における磁場の出現率と磁場強度分布を特定すること。
• 高精度な運動学的および光度測定データを用いて、観測星のオープンクラスターや関連天体への所属確率を評価すること。
• 星の進化および連星相互作用理論からの予測と観測された磁場特性を比較することで、磁場生成理論モデルを検証すること。
• 運動学的解析を用いて、磁場を持つO型星の中から候補ランウェイ星を同定すること。

提案手法

• 2011年5月に4夜にわたり、VLTの8mアンツ望遠鏡に搭載されたFOR S 2を用いて、低分解能分光偏光観測を実施した。
• 2008年から2011年の間に、ノルディック・オプティカル望遠鏡のSOFINおよびESO 3.6m望遠鏡のHARPSを用いて、追加の高分解能分光偏光観測を実施した。
• 高精度なアストロメトリックおよび光度測定カタログを用いて、観測星のクラスターメンバーシップ確率を決定した。
• ゼーマン効果解析を適用し、スペクトル線における円偏光を用いて磁場を検出した。新規検出の有意水準は3σ以上とした。
• 合成スペクトルモデリングを実施し、ラインプロファイルの変動を評価し、磁場の幾何構造と強度を推定した。
• 磁場を持つ星のX線放射特性を評価し、磁場の存在を補足的に確認するとともに、プラズマベータパラメータを用いて星風の閉じ込め具合を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 巨大星における磁場は、スペクトル型、年齢、環境にわたって均等に分布しているのか、それとも特定のグループに偏って存在するのか？
• RQ2 巨大星における磁場の出現率は何か。クラスターメンバーとフィールド星の間でどのように変化するか？
• RQ3 本調査のサンプルに含まれる磁場を持つO型星は、運動学的特徴としてランウェイ星の兆候を示しているか。これはその生成メカニズムに何を示唆するか？
• RQ4 観測された磁場強度と分布は、化石磁場またはダイナモ起源モデルからの理論的予測とどのように一致するか？
• RQ5 窒素の過剰やX線放射といった間接的指標を用いて、巨大星における磁場の存在を信頼性高く推定できるか？

主な発見

• HD 36879、HD 47839、CPD $-$28 2561、CPD $-$47 2963、HD 93843、HD 148937、HD 149757、HD 328856、HD 164794 の9つの星は、事前に知られていた磁場を持つ星であり、新たな観測で再確認された。
• 3σ以上の有意水準で5件の新たな磁場検出がなされた：HD 92206c、HD 93521、HD 93632、CPD $-$46 8221、HD 157857。
• 確認された磁場を持つ星9体のうち5体、および新規検出の5体が、高いメンバーシップ確率を示すオープンクラスターに所属しており、磁場とクラスターモデルとの間に相関がある可能性を示唆している。
• サンプル内の5体の磁場を持つO型星は、運動学的調査によりランウェイ星の候補とされた。これは、磁場生成と関連する撃ち出しメカニズムの可能性を示唆している。
• X線放射特性の分析から、すべての磁場を持つ巨大星が強い、硬いX線放射を示すわけではないことが判明した。一部の星はX線暗黒または軟らかいX線を示しており、X線特性のみでは磁場の存在を特定することは不十分であることが示された。
• 一部の星におけるラインプロファイルの変動と窒素の過剰は、磁場の存在を示す間接的証拠であるが、星風および非局所熱平衡効果のため、合成モデリングは依然として困難である。