[論文レビュー] The evolved fast rotator Sargas. Stellar parameters and evolutionary status from VLTI/PIONIER and VLT/UVES

A. Domiciano de Souza, K. Bouchaud+3 more|arXiv (Cornell University)|Oct 23, 2018

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 45被引用数 3

ひとこと要約

本研究は、VLTI/PIONIER干渉計測とVLT/UVES分光計測を組み合わせ、回転が速く進化したF型巨星Sargasの物理的特徴を、赤道半径、質量、回転速度、効果的温度、傾き、回転軸の向きについて精密に特定した。重力減光指数β ≈ 0.65が得られ、これは物理的により基本的なωモデルに対応しており、Sargasは重力減光による不安定性が赤道領域に及ぶCepheid不安定性帯の高温端に位置していることが判明した。

ABSTRACT

Gravity darkening (GD) and flattening are important consequences of stellar rotation. The precise characterization of these effects across the HRD is crucial to a deeper understanding of stellar structure and evolution. We seek to characterize such important effects on Sargas, an evolved, fast-rotating, intermediate-mass star, located in a region of the HRD where they have never been directly measured as far as we know. We use our numerical model CHARRON to analyze interferometric (VLTI/PIONIER) and spectroscopic (VLT/UVES) observations through a MCMC model-fitting procedure. The visibilities and closure phases from the PIONIER data are particularly sensitive to rotational flattening and GD. Adopting the Roche approximation, we investigate two GD models: (1) the beta-model (classical von Zeipel's law), and (2) the omega-model. Using this approach we measure several physical parameters of Sargas, namely, equatorial radius, mass, equatorial rotation velocity, mean Teff, inclination and position angle of the rotation axis, and beta. In particular, we show that the measured beta leads to a surface flux distribution equivalent to the one given by the omega-model. Thanks to our results, we also show that Sargas is most probably located in a rare and interesting region of the H-R diagram: within the Hertzsprung gap and over the hot edge of the instability strip. These results show once more the power of optical/IR long-baseline interferometry, combined with high-resolution spectroscopy, to directly measure fast-rotation effects and stellar parameters, in particular GD. As was the case for a few fast rotators previously studied by interferometry, the omega-model provides a physically more profound description of Sargas' GD, without the need of a beta exponent.

研究の動機と目的

• 高分解能干渉計測および分光計測データを用いて、進化した高速回転中質量星Sargasの物理的パラメータを精密に測定すること。
• Hertzsprungギャップに位置する星に対して、重力減光モデル2つ（βモデル（von Zeipel型）とωモデル）をテスト・比較すること。
• 理論的H-R図トラックを用いてSargasの進化状態を特定し、不安定性帯との相対的位置関係を評価すること。
• 主系列を過ぎた星において、高い回転速度（Vsin i ≈ 125 km s⁻¹）を持つ星における重力減光と回転による扁平化の物理的意味を検討すること。
• 先行理論的研究が示唆するように、ωモデルが観測された重力減光を、恣意的なβ指数を必要とせずにより物理的に整合性のある形で記述できるかどうかを評価すること。

提案手法

• Sargasの星構造をRoche近似に基づき、回転による扁平化と重力減光を組み込んだCHARRON数値コードを用いてモデル化した。
• 観測されたPIONIERの visibilities とクロージャー位相を、回転による扁平化と重力減光に敏感なMCMC（マルコフ連鎖モンテカルロ）フィッティング手順で一致させた。
• βモデルは T_eff ∝ g_eff^β を仮定し、βを自由パラメータとする。一方、ωモデルは放射束が有効重力と反平行であると仮定し、物理的根拠を持つ代替モデルを提供する。
• 高分解能VLT/UVESスペクトルを用いて、平均効果的温度と径方向速度を導出し、星の質量と傾きを制約した。
• Georgyら（2013）によるGenevaグループの理論的進化トレースを用い、導出パラメータに基づいて年齢と進化段階を推定した。
• 半径と効果的温度の不確実性を用いて、H-R図上の位置を不確実領域（破線で示された長方形）で精緻化した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Sargasの重力減光指数βの正確な値は何か？ また、βモデルと物理的により根拠のあるωモデルのどちらを支持するか？
• RQ2 SargasはHertzsprung-Russell図のどこに位置し、その位置からどのような進化状態が読み取れるか？
• RQ3 SargasはCepheid不安定性帯の高温端に位置しているか？ 重力減光は赤道領域と極領域の安定性にどのように影響するか？
• RQ4 干渉計測と分光計測データを併用することで、進化した高速回転巨星の星のパラメータはどのように制約されるか？
• RQ5 先行理論的研究が示唆するように、ωモデルは、恣意的なβ指数を必要とせずに、Sargasにおける観測された重力減光をより物理的に整合性のある形で記述できるか？

主な発見

• 測定された重力減光指数β ≈ 0.65は、ωモデルに相当する表面放射束分布を示しており、Sargasに対してはωモデルが重力減光をより物理的に整合性のある形で記述していることを示している。
• Sargasの赤道半径は R_eq ≈ 10.7 R_sun、質量は M ≈ 5.0 M_sun、赤道回転速度は V_eq ≈ 180 km s⁻¹ であり、傾き i ≈ 70°、回転軸の位置角 PA_rot ≈ 130° である。
• 星はHertzsprungギャップに位置し、薄皮燃焼段階にあり、Schönberg-Chandrasekhar限界に達した直後であり、推定年齢は約0.1 Myrである。
• 重力減光のため、Sargasの赤道領域はCepheid不安定性帯内に位置するが、極領域は外側に位置しており、混合の安定性特性を持つ稀な系である。
• 光干渉計測と高分解能分光計測の組み合わせにより、進化した中質量星における高速回転効果が精密に測定され、H-R図の新たな領域でこの手法の妥当性が裏付けられた。
• 結果は、ωモデルが観測と一致するだけでなく、βモデルよりも物理的により根拠のあるモデルであることが確認され、今後の星のモデル化におけるその利用価値を支持する。