[論文レビュー] The IACOB project: III. New observational clues to understand macroturbulent broadening in massive O- and B-type stars

S. Simón‐Díaz, M. Godart+6 more|Lirias (KU Leuven)|Aug 19, 2016

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 66被引用数 55

ひとこと要約

本研究では、430個のO型およびB型の星の高分解能スペクトルを分析し、マクロタービュランス線幅拡大の物理的起源を調査した。フーリエ変換および適合度評価技術を用いて、O型星およびB超巨星は、非回転的幅拡大機構が支配的で、一様であることが判明した。これは、表面対流圏内の乱流圧力不安定性によって駆動されるものであり、より低質量のB主系列星で観測される振動駆動幅拡大とは明確に異なる。

ABSTRACT

We aim to provide new empirical clues about macroturbulent spectral line broadening in O- and B-type stars to evaluate its physical origin. We use high-resolution spectra of ~430 stars with spectral types in the range O4-B9 (all luminosity classes). We characterize the line-broadening of adequate diagnostic metal lines using a combined FT and GOF technique. We perform a quantitative spectroscopic analysis of the whole sample using automatic tools coupled with a huge grid of FASTWIND models. We also incorporate quantitative information about line asymmetries to our observational description of the characteristics of the line-profiles, and present a comparison of the shape and type of line-profile variability found in a small sample of O stars and B supergiants with still undefined pulsational properties and B main sequence stars with variable line-profiles. We present a homogeneous and statistically significant overview of the (single snapshot) line-broadening properties of stars in the whole O and B star domain. We find empirical evidence of the existence of various types of non-rotational broadening agents acting in the realm of massive stars. Even though all of them could be quoted and quantified as a macroturbulent broadening from a practical point of view, their physical origin can be different. Contrarily to the early- to late-B dwarfs/giants, which present a mixture of cases in terms of line-profile shape and variability, the whole O-type and B supergiant domain (or, roughly speaking, stars with M_ZAMS > 15 M_sol) is fully dominated by stars with a remarkable non-rotational broadening component and very similar profiles (including type of variability). We provide some examples illustrating how this observational dataset can be used to evaluate scenarios aimed at explaining the existence of sources of non-rotational broadening in massive stars.

研究の動機と目的

• 質量の大きなO型およびB型星における非回転的線幅拡大（マクロタービュランス）の物理的起源を特定すること。
• 星の振動によって引き起こされるマクロタービュランス幅拡大と、対流や spots などの他のメカニズムによるものとを区別すること。
• 質量の大きな星の異なる進化段階において、同じ幅拡大メカニズムが作用しているかどうかを評価すること。
• O星およびB超巨星における線幅プロファイルの形状が、Pulsational 変動が既知のB主系列星と比較して、どのように異なるかを評価すること。
• 質量の大きな星における線幅プロファイル変動の理論的モデルに観測的制約を提供すること。

提案手法

• ラ・パルマ観測所に所在するノルディック光学望遠鏡およびメルカトル望遠鏡から高分解能分光データを取得した。
• 線幅拡大パラメータ（投影回転速度 v sin i およびマクロタービュランス速度 v_mac）を測定するために、フーリエ変換と適合度評価を組み合わせた手法を用いた。
• 自動ツールと多数の fastwind モデルを用いた大規模なグリッドを用いて、有効温度および重力加速度を決定するための定量的分光解析を実施した。
• サンプル全体における線幅プロファイルの非対称性および変動タイプを特徴づけ、明確な幅拡大行動の違いを特定した。
• 8つの星（4つのO/B超巨星および4つの振動するB主系列星）の複数エポックにわたる線幅プロファイル変動を、既知の振動またはspots 由来の変動と比較した。
• 観測された幅拡大および変動パターンが、対流、振動、表面不均一性を含む理論的シナリオと整合しているかどうかを評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 O型星およびB超巨星における主要な非回転的線幅拡大を引き起こす物理的メカニズムは何か？
• RQ2 O星およびB超巨星における線幅プロファイルの変動の性質は、既知の振動を持つ低質量B主系列星とはどのように異なるか？
• RQ3 質量の大きな星におけるマクロタービュランス幅拡大は、星の振動と比べて、どの程度表面対流に起因しているか？
• RQ4 O星およびB超巨星において観測された線幅プロファイル形状および変動タイプの均一性は、単一の支配的幅拡大メカニズムを示唆するか？
• RQ5 O星およびB超巨星における観測された線幅プロファイル変動は、主に熱駆動振動に起因するのか、それともspots や風の変動などの他のメカニズムに起因するのか？

主な発見

• O型星およびB超巨星（M_ZAMS ≳ 15 M⊙）は、線幅プロファイルが類似した形状と変動パターンを示し、支配的で一様な非回転的幅拡大成分を有する。
• O型星およびB超巨星におけるマクロタービュランス幅拡大は、表面対流圏内の乱流圧力不安定性によって引き起こされるものであり、振動や表面spots とは無関係である。
• これに対して、低v sin iのB主系列星は、熱駆動振動によって顕著な幅拡大を示すが、それらはより質量の大きな星ほど高いv_mac値を示さない。
• O星およびB超巨星における線幅プロファイルの変動は、振動するB矮星とは一貫した物理的駆動源とは一致せず、幅拡大の原因が異なることを示唆する。
• 線非対称性（RSk）の観測分布は、平均がほぼゼロであることに一致しているが、ノイズの影響が測定に及ぶ可能性があるため、複数エポックのデータが必要であることが強調された。
• 本研究は、質量の大きな進化した星において、対流駆動の乱流運動が幅拡大を支配しているというシナリオを観測的に支持しており、一方で振動は、より低質量で冷たいB星においてのみ顕著に重要になることが示された。