[論文レビュー] Stellar variability in open clusters. II. Discovery of a new period-luminosity relation in a class of fast-rotating pulsating stars in NGC 3766

N. Mowlavï, S. Saesen+6 more|arXiv (Cornell University)|Oct 4, 2016

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 23被引用数 8

ひとこと要約

本研究では、チリのパラナル天文台に設置されたVLT/UT2望遠鏡のFLAMES機器を用いた複数エポックのスペクトロスコピー観測により、若年性のオープンクラスタNGC 3766で発見された高速回転する脈動星（FaRPB）の新しい周期-等価光度（PL）関係を同定した。このPL関係は古典的シフト・セフェイドの関係とは異なり、急速回転する星におけるgモード脈動に起因し、他のクラスタでも確認されれば、星の年齢や距離を推定するための新たな星震動学的ツールとなる可能性を示唆している。

ABSTRACT

$Context.$ Pulsating stars are windows to the physics of stars enabling us to see glimpses of their interior. Not all stars pulsate, however. On the main sequence, pulsating stars form an almost continuous sequence in brightness, except for a magnitude range between $δ$ Scuti and slowly pulsating B stars. Against all expectations, 36 periodic variables were discovered in 2013 in this luminosity range in the open cluster NGC 3766, the origins of which was a mystery. $Aims.$ We investigate the properties of those new variability class candidates in relation to their stellar rotation rates and stellar multiplicity. $Methods.$ We took multi-epoch spectra over three consecutive nights using ESO's Very Large Telescope. $Results.$ We find that the majority of the new variability class candidates are fast-rotating pulsators that obey a new period-luminosity relation. We argue that the new relation discovered here has a different physical origin to the period-luminosity relations observed for Cepheids. $Conclusions.$ We anticipate that our discovery will boost the relatively new field of stellar pulsation in fast-rotating stars, will open new doors for asteroseismology, and will potentially offer a new tool to estimate stellar ages or cosmic distances.

研究の動機と目的

• NGC 3766で発見された、δ Scuti星とSPB星の不安定性ギャップの間にある謎の周期的変光星の物理的起源を調査すること。
• これらの変光星が高速回転する脈動星であるかどうかを特定し、回転がその脈動行動に果たす役割を評価すること。
• これらの星に新たな周期-等価光度（PL）関係が存在するかを検証し、その天文学的意味を検討すること。
• これらの星における脈動周波数と回転速度の関係、特に共回転フレームモードを通じての関係を検討すること。
• この新たなPL関係が、若年性の星団における星の年齢または距離推定のツールとして利用可能かどうかを評価すること。

提案手法

• チリのパラナル天文台に設置されたVLT/UT2望遠鏡のFLAMES装置を用いて、複数エポックのスペクトロスコピー観測を実施した。
• 高分解能スペクトルからの解析により、星の投影回転速度を測定し、高速回転星か低速回転星かを分類した。
• 時系列光曲線から光度周期を抽出し、脈動周波数を特定し、それらをシーケンスに分類した。
• 径方向速度の変動および線幅関数の解析を用いて、連星系の同定を実施した。
• 高速回転星における脈動の理論的モデリングを用いて、観測された周波数パターンとその回転との関係を解釈した。
• クラスタ距離と視等級から得られる等価光度を用いて、高速回転脈動星（FaRPB星）の周期-等価光度関係を構築した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 NGC 3766で新たに発見された周期的変光星は、高速回転と脈動の特徴を示しているか？
• RQ2 これらの変光星の高速回転サブセットに周期-等価光度関係が存在するか？もしあるならば、その物理的起源は何か？
• RQ3 観測された光度周期のシーケンスは、共回転フレームにおける回転周波数にロックされた脈動モードによって説明可能か？
• RQ4 この新たなPL関係は、シフト・セフェイドや他の脈動星における古典的PL関係とどのように異なるか？
• RQ5 この新たな関係は、若年性のオープンクラスタにおける星の年齢または距離推定のためのキャリブレーション可能ツールとして利用可能か？

主な発見

• NGC 3766の高速回転脈動星（FaRPB）の間で、古典的シフト・セフェイドのPL関係とは明確に異なる新たな周期-等価光度（PL）関係が発見された。
• 新規変光星候補の大多数は、100 km/sを超える投影回転速度を示しており、顕著な回転を示している。
• 観測された光度周期は、共回転フレームにおけるgモード脈動と整合的であり、周波数が回転周波数の整数倍にロックされている。
• 2つの明確な脈動周波数のシーケンスが特定され、それぞれ(ℓ,m) = (1,−1)および(2,−2)モードに対応しており、前方進みのセクター状モードを示唆している。
• 最も明るくないFaRPB星（167）はスペクトルに発光線を示し、Be星として確認された。これはFaRPB星とBe星との間に関連性がある可能性を示唆している。
• 新たなPL関係は年齢依存性を示す可能性があり、他の若年性クラスタでも確認されれば、星の年齢や距離の推定に利用可能となる可能性がある。