[論文レビュー] Runaway blue main-sequence stars at high Galactic latitudes. Target selection with Gaia and spectroscopic identification

R. Raddi, A. Irrgang+3 more|arXiv (Cornell University)|Nov 17, 2020

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 88被引用数 13

ひとこと要約

本研究では、ガイヤーDR2の天球測位と低分解能分光法を用いて、高銀緯度に位置する12個の走り出しブルー主系列星を同定した。3例の放出速度が450 km s⁻¹を超えており、古典的放出モデルに挑戦する。手法はガイヤー視差と自己運動を組み合わせて候補者を抽出し、分光的解析とスペクトロフォトメトリック距離と視差に基づく距離の整合性から主系列星の状態を確認した。これにより、新たな放出メカニズムの可能性が示された。

ABSTRACT

Motivated by the historical identification of runaway main-sequence (MS) stars of early spectral type at high Galactic latitudes, we test the capability of Gaia at identifying new such stars. We have selected ~2300 sources with Gaia magnitudes of GBP - GRP < 0.05, compatible with the colors of low-extinction MS stars earlier than mid-A spectral type, and obtained low-resolution optical spectroscopy for 48 such stars. By performing detailed photometric and spectroscopic analyses, we derive their atmospheric and physical parameters (effective temperature, surface gravity, radial velocity, interstellar reddening, spectrophotometric distance, mass, radius, luminosity, and age). The comparison between spectrophotometric and parallax-based distances enables us to disentangle the MS candidates from older blue horizontal branch (BHB) candidates. We identify 12 runaway MS candidates, with masses between 2 and 6 Msun. Their trajectories are traced back to the Galactic disc to identify their most recent Galactic plane crossings and the corresponding flight times. All 12 candidates are ejected from the Galactic disc within 2 to 16.5 kpc from the Galactic center and possess flight times that are shorter than their evolutionary ages, compatible with a runaway hypothesis. Three MS candidates have ejection velocities exceeding 450 km/s, thus, appear to challenge the canonical ejection scenarios for late B-type stars. The fastest star of our sample also has a non-negligible Galactic escape probability if its MS nature can be confirmed. We identify 27 BHB candidates, and the two hottest stars in our sample are rare late O and early B type stars of low mass evolving towards the white dwarf cooling sequence.

研究の動機と目的

• ガイヤーDR2が高銀緯度における走り出しブルー主系列星を同定する能力を検証すること。
• 統合された測位と分光法を用いて、高速な早期型星の運動学的・物理的性質を調査すること。
• 観測された高い放出速度が、標準的な二重星超新星および動的放出モデルの予測を上回っているかどうかを特定すること。
• スペクトロフォトメトリック距離と視差に基づく距離の整合性を用いて、主系列星と発達した青水平枝（BHB）星を区別すること。

提案手法

• ガイヤーDR2を用いて、GBP−GRP ≤ 0.05、|b| ≥ 15°、視差精度 <30%、および横方向速度 ≥150 km s⁻¹を満たす約2300の候補者を選定した。
• 有効温度、表面重力、径方向速度、および星間赤道の推定値を得るために、48個の星に対して低分解能光学分光法を取得した。
• スペクトロフォトメトリック距離を計算し、視差に基づく距離と比較することで、主系列星と発達したBHB星を区別した。
• 主系列星候補者の銀河の軌道を時間の逆方向にたどって、最近の銀河平面通過点を特定し、飛行時間を推定した。
• 径方向速度と自己運動データを用いて、放出速度を計算し、銀河からの脱出確率を評価した。
• 距離の整合性に基づいて星を分類した：12個の主系列星候補、27個のBHB候補、2個の高温発達星、7個の未分類対象。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ガイヤーDR2の測位と光度測定は、10 kpcまでの高銀緯度ブルー主系列走り出し星候補を効率的に選別できるか？
• RQ2 同定された星の放出速度が、古典的二重星超新星および動的放出モデルの上限である400–500 km s⁻¹を超えているか？
• RQ3 このサンプルにおいて、スペクトロフォトメトリック距離と視差に基づく距離の整合性が、主系列星と青水平枝星を信頼性高く区別できるか？
• RQ4 最も速い候補星の銀河脱出確率は何か？その運動学的性質は束縛軌道か非束縛軌道を支持するか？
• RQ5 放出速度が450 km s⁻¹を超える3つの星の意義は、星の放出メカニズムに関する我々の理解にどのように寄与するか？

主な発見

• 12個の主系列星が走り出し候補として同定され、質量は2〜6 M⊙、放出速度は200〜802+129−115 km s⁻¹の間であった。
• 2207−4329、2259−4931、2307−3157という3つの星が、450 km s⁻¹を超える放出速度を示しており、古典的放出モデルに挑戦する。
• 最も速い星、2207−4329は、測定された放出速度が802+129−115 km s⁻¹であり、主系列星として確認された場合、非無視可能な銀河脱出確率を示している。
• 12個すべての主系列星候補は、銀河中心から2〜16.5 kpcの範囲で銀河円盤から放出されたものであり、進化年齢より短い飛行時間であったため、走り出し仮説を支持する。
• 27個の星が青水平枝（BHB）候補として分類され、ハロー領域の運動学的性質と整合的であった。
• 主系列星の状態を正確に確認するには、投影回転速度と化学組成の精密測定が求められる高分解能分光法が必要である。