[論文レビュー] Spectroscopic and physical parameters of Galactic O-type stars. I. Effects of rotation and spectral resolving power in the spectral classification of dwarfs and giants

N. Markova, J. Puls+3 more|arXiv (Cornell University)|Mar 17, 2011

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 49被引用数 12

ひとこと要約

本研究は、高分解能分光法を用いて銀河系O型星のスペクトル分類を再評価し、回転速度とスペクトル分解能が形態的および定量的分類に顕著な影響を及ぼすことを明らかにした。高分解能データは、回転によるスペクトル線幅拡大と分解能効果のため、低分解能基準と比較して系統的に1.5サブタイプ分遅れたスペクトル型を示す傾向にあり、ウォルバーンおよびコンティ方式の両方において、信頼できる分類を行うには一貫した分解能とvsiniの比較が不可欠であることを示している。

ABSTRACT

The modern-era spectral classification of O-stars relies on either the Walborn or the Conti-Mathys scheme. Since both of these approaches have been developed using low-quality photographic data, their application to high-quality digital data might not be straightforward and be hampered by problems and complications that have not yet been appreciated. Using high-resolution spectra obtained with the ESO/MPG 2.2\,m telescope in La Silla and following the premises of the Walborn and Conti classification schemes, we determined the spectral types and luminosity classes of 19 Galactic O-type stars and compared them to those attributed by Walborn and Mathys based on low-quality data. Our analysis reveals that the morphological spectral types assigned using high-resolution data are systematically later (by up to 1.5 subtypes) then those attributed by Walborn. By means of line-profile simulations, we show that part of this discrepancy is more likely caused by the combined effect of stellar rotation and high spectral resolution on the depth of helium lines used as spectral type indicators. In addition, we demonstrate that at least for narrow-lined stars the "rotational effect" does not disappear when the high-resolution spectra are degraded to the resolution of the Walborn standards. We also find evidence of a systematic difference between our high-resolution quantitative spectral types and those assigned by Mathys. Rotation and spectral resolution are important third parameters in the spectral classification of O-type stars. To obtain reliable spectral classes within the Walborn approach, the unknown and the standard spectra must be compared at the same resolution and \vsini. Owing to resolution effects, the Conti approach might also need to be updated.

研究の動機と目的

• 高分解能デジタルデータに適用された伝統的なO星スペクトル分類（ウォルバーンおよびコンティ＝マティス方式）の信頼性を評価すること。
• 星の回転とスペクトル分解能が形態的および定量的スペクトル型割り当てに与える影響を調査すること。
• 低分解能と高分解能の分類に差が生じる原因が、分解能、回転、あるいはスペクトル基準の本質的差異に起因するのかを特定すること。
• 現代の定量的分類手法が、従来の形態的アプローチと比較してどれほど一貫性と頑健性を有しているかを評価すること。
• 新しいデジタルアトラスと一貫した比較手法を含む、スペクトル分類基準の更新を提言すること。

提案手法

• 19個の銀河系O型星の高分解能スペクトル（R ≈ 48,000）を、ラ・シリャのESO/MPG 2.2m望遠鏡で取得した。
• ウォルバーンおよびコンティ＝マティス分類方式に基づく形態的および定量的手法を用いて、スペクトル型と光度クラスを決定した。
• スペクトルをR = 4,000に劣化させ、分解能の違いによる分類結果の比較を実施した。
• He II λ4541および他の診断線に対する回転（vsini）とスペクトル分解能の影響を分離するために、線幅プロファイルのシミュレーションを実施した。
• 文献からのv sin i推定値と新たに測定した値を用いて、ウォルバーン（1972, 1973）およびマティス（1988）の歴史的分類と比較した。
• 高分解能データを標準分解能に劣化させたものに基づき、R ≈ 4,000でのO星標準の新しいデジタルアトラスの提案を行った。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 高分解能スペクトルと星の回転は、低分解能基準と比較して、O型矮星および巨星の形態的分類にどのように影響を与えるか？
• RQ2 分解能と回転は、主要なスペクトル型指標であるHe II λ4541の等価幅および深さをどの程度変化させるか？
• RQ3 現代の定量的分類と歴史的マティス分類との間に生じる差異は、分解能効果に起因するのか、あるいはスペクトル基準の本質的差異に起因するのか？
• RQ4 高分解能データをR = 4,000に劣化させた形での形態的分類は、ウォルバーン基準に適合させるために信頼性を持って行えるのか、系統的誤差を生じないか？
• RQ5 金属量や他の第三パラメータが分類にどの程度影響を及ぼすか、そして現在の方式が分解能と回転を適切に反映するようにどのように更新できるか？

主な発見

• 高分解能分光法により得られる形態的スペクトル型は、ウォルバーンの低分解能分類と比較して、回転によるスペクトル線幅拡大とHe II λ4541線の深さに及ぼされる高分解能効果のため、系統的に最大1.5サブタイプ分遅れたものとなる。
• 高分解能スペクトルをR = 4,000に劣化させても、回転効果は依然として残り、分解能の不一致だけでは分類の差異を解消できないことが示された。
• 高分解能データから導かれた定量的スペクトル型は、マティスが割り当てたものと比較して、おおよそ半サブタイプ分系統的に早い傾向にあり、コンティ＝マティス方式の見直しが必要であると示唆された。
• R = 4,000に劣化させた高分解能データに基づく形態的分類は、定量的分類と良好な内部一貫性を示しており、標準化された分類にこのような劣化データを用いることが妥当であることを裏付けた。
• 線幅プロファイルのシミュレーションにより、回転と高分解能の併存効果が診断線の外観を顕著に変化させ、高分解能と低分解能基準の直接比較が無効であることが確認された。
• 本研究は、高分解能データをR = 4,000に劣化させたものに基づくO星標準の新しいデジタルアトラスの作成を要請しており、今後の分類の一貫性を確保するものである。