[論文レビュー] Similarities in the structure of the circumstellar environments of B[e] supergiants and yellow hypergiants

A. Aret, И. Колка+2 more|arXiv (Cornell University)|Nov 14, 2016

Stellar, planetary, and galactic studies被引用数 5

ひとこと要約

本研究では、光学分光法を用いて、ホットなイエローハイパーギアント（YHGs）とB[e]スーパーギアント（B[e]SGs）の共通する原始星周囲構造を同定した。両者とも、[O i]および[Ca ii]の禁制線によって示される、ディスク様の環境を示している。V509 Casにおけるこれらの線の運動学的プロファイルはケプラーディスクを示唆しており、YHGsが軸対称的な質量放出を経てB[e]SGsに進化する可能性のある進化的なつながりが示唆される。

ABSTRACT

Yellow Hypergiants (YHGs) and B[e] supergiants (B[e]SGs), though in different phases in their evolution, display many features in common. This is partly due to the fact that both types of objects undergo strong, often asymmetric mass loss, and the ejected material accumulates in shells, rings, or disk-like structures, giving rise to emission from warm molecules and dust. We performed an optical spectroscopic survey of northern Galactic emission-line stars aimed at identifying tracers for the structure and kinematics of circumstellar environments. We identified two sets of lines, [O I] and [Ca II], which originate from the discs of B[e]SGs. The same set of lines is observed in V1302 Aql and V509 Cas, which are both hot YHGs. While V1302 Aql is known to have a disc-like structure, the kinematical broadening of the lines in V509 Cas suggest a Keplerian disk or ring around this star alike their hotter B[e]SG counterparts.

研究の動機と目的

• B[e]スーパーギアントとイエローハイパーギアントの原始星周囲環境における構造的・運動学的類似性を調査すること。
• ホットなYHGsが、密度が高くケプラーディスクを特徴とするB[e]SGsと同様のディスク様構造を示すかどうかを特定すること。
• 原始星周囲エンvelope内の禁制線を分析することで、YHGsとB[e]SGsの間の進化的つながりを探ること。
• YHGの進化過程における「イエローボイド」通過中に、脈動駆動による質量放出が球対称から軸対称へとどのように移行するかを評価すること。

提案手法

• ペレク2m望遠鏡のコーシュ分光計を用いて、北天の銀河系発光線星を対象とした高分解能光学分光調査（R ≈ 13,000–18,000）を実施した。
• 特定の禁制線に注目した：[O i] λλ6300, 6364 および [Ca ii] λλ7291, 7324。これらは高密度で広がった原始星周囲構造をトレースするのに知られている。
• 線のプロファイルを分析して、原始星周囲物質の運動学的性質と幾何学的形状を推定し、特に回転するディスクやリングを示す二重ピーク型プロファイルの有無を調査した。
• ホットなYHGs（V1302 Aql, V509 Cas）とクールなYHGs（ρ Cas, V1427 Aql）のスペクトル特徴を、B[e]SGs（例：MWC 349A, 3 Pup）と比較し、共通のトレーサーの特定を試みた。
• 励起状態や発光の幾何学的形状を補足的に評価するため、Ca ii赤外三重線（8470–8980 Å）を用いた。
• スペクトル線の挙動を星の効果的温度と進化段階と照らし合わせ、YHGの進化に伴う質量放出の幾何学的変化を推察した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ホットなイエローハイパーギアントは、B[e]スーパーギアントが特徴とするディスク様幾何学的構造を示すか？
• RQ2 YHGsにおける[O i]および[Ca ii]の禁制線の運動学的プロファイルは、ケプラーディスクやリングの存在を示唆できるか？
• RQ3 脈動は、イエローボイド通過中にYHGsの球対称的から軸対称的へと質量放出が移行する過程で果たす役割は何か？
• RQ4 共通する原始星周囲特徴に基づいて、ホットなYHGsとB[e]SGsの間に検出可能な進化的つながりが存在するか？
• RQ5 なぜホットなYHGsでは[O i]と[Ca ii]両方の線が発光を示すのに対し、クールなYHGsでは[Ca ii]の発光または吸収しか観測されないのか？

主な発見

• [O i]および[Ca ii]の禁制線は、B[e]SGsおよびホットなYHGsの両方で検出され、類似した高密度で広がった原始星周囲構造を示している。
• ホットなYHGであるV509 Casでは、[Ca ii]線が二重ピーク型を示す一方、[O i]線は与えられた分光分解能では単一ピークである。これは、[Ca ii]が星に近い場所で回転するディスクまたはリングから形成されている可能性を示唆する。
• V509 Casにおける[Ca ii]線の運動学的幅は、ケプラーディスク回転プロファイルと整合的であり、ディスク様構造の存在を支持する。
• ホットなYHGであるV1302 Aqlは、狭い単一ピークの禁制線を示しており、これはディスクの極面からの視認に一致する。また、この星は質量が大きく、ほこりを含む原始星周囲ディスクを有することが知られている。
• クールなYHGs（ρ Cas, V1427 Aql）では、[Ca ii]の発光または吸収のみが観測され、[O i]の検出はなかった。これは励起度が低いか、幾何学的形状が異なり、低温と密度の高い温かいディスク物質の欠如による可能性がある。
• YHGsにおける球対称的から軸対称的へと質量放出が移行する過程は、イエローボイド通過中の脈動の変化と関連している可能性があり、ホットなYHGsがB[e]SGsと同様のディスクの特徴を示すことは、この進化的つながりを支持する。