[論文レビュー] The VLT-FLAMES Tarantula Survey II: R139 revealed as a massive binary system

W. D. Taylor, C. J. Evans+23 more|UvA-DARE (University of Amsterdam)|Mar 28, 2011

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 25被引用数 24

ひとこと要約

VLT-FLAMES Tarantula Survey は、30 Doradus の R139 が、2つの進化した O型超巨星を有する高質量二重連星系であることを特定した。この系は 153.9 日の非常に離心率の高い軌道を示し、質量の下限はそれぞれ 78±8 M☉ および 66±7 M☉ である。この系は、進化した O超巨星の二重連星として既知で最も質量の大きなものであり、星の進化および大気モデルの検証に重要なテストケースを提供する。

ABSTRACT

We report the discovery that R139 in 30 Doradus is a massive spectroscopic binary system. Multi-epoch optical spectroscopy of R139 was obtained as part of the VLT-FLAMES Tarantula Survey, revealing a double-lined system. The two components are of similar spectral types; the primary exhibits strong C III 4650 emission and is classified as an O6.5 Iafc supergiant, while the secondary is an O6 Iaf supergiant. The radial-velocity variations indicate a highly eccentric orbit with a period of 153.9 days. Photometry obtained with the Faulkes Telescope South shows no evidence for significant variability within an 18 month period. The orbital solution yields lower mass limits for the components of M1sin^3 i = 78 \pm 8 Msun and M2sin^3 i = 66 \pm 7 Msun. As R139 appears to be the most massive binary system known to contain two evolved Of supergiants, it will provide an excellent test for atmospheric and evolutionary models.

研究の動機と目的

• R139、30 Doradus 地域の明るい高質量星の二重連星性および軌道パラメータを特定すること。
• 径速度の変動と光度データを用いて、2成分の進化状態および質量推定値を評価すること。
• 高い質量と進化状態を有するため、星の大気および進化モデルのベンチマークとしてのこの系の意義を評価すること。
• 高時間分解能・複数エポック分光法を用いて、R139 が単星または二重連星としての以前の矛盾する分類を解消すること。
• 観測された性質を進化軌道および光度適合の予測と比較することにより、質量星進化理論モデルを検証すること。

提案手法

• VLT の FLAMES/Giraffe を用いた複数エポックの可視光分光法を取得し、可視スペクトルを網羅するため、MagE、X-Shooter、FEROS による追加観測を実施した。
• 吸収線および発光線、特に C III λ4650 を用いて径速度変動を測定し、軌道運動を検出するとともに、軌道要素を導出する。
• ケプラー運動モデルを用いて軌道解を計算し、153.9 日の周期および非常に離心率の高い軌道と整合する離心率を得た。
• 径速度振幅から質量関数を導出し、それぞれ M₁sin³i = 78±8 M☉ および M₂sin³i = 66±7 M☉ の質量下限を得た。
• カイ二乗最小化法を用いて、進化軌道（Brott et al. 2011; Friedrich et al. in prep.）に光度および効果的温度を適合させ、現在の質量および初期質量を推定した。
• 初期赤道速度を 110 km s⁻¹ と仮定して回転効果をモデル化し、観測された vsini 値と整合した。また、その軌道への影響を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 R139 は分光的二重連星であるか？ その成分の軌道パラメータは何か？
• RQ2 R139 の2つの星の質量推定値は何か？ また、進化モデルの予測と比較するとどうなるか？
• RQ3 R139 の成分の観測された光度および効果的温度は、理論的進化軌道とどのように一致するか？
• RQ4 2つの星の観測された温度差は、同じスペクトル型（O6.5 Iaf および O6 Iaf）に基づく予測をどの程度逸脱しているか？
• RQ5 R139 は、質量星進化および大気モデルのテストケースとして、どのような意義を有するか？

主な発見

• R139 は、非常に離心率の高い 153.9 日の軌道を有する二重線分光連星として確認された。径速度変動は 100 km s⁻¹ を超える。
• 軌道解により、主星の質量下限は 78±8 M☉、副星の質量下限は 66±7 M☉ であり、極めて高い質量の系であることが示された。
• 系全体の全光度は、初期質量が 125 M☉ を超える単一星と一致しており、両成分が顕著に進化していることを示唆する。
• カイ二乗最小化法を用いた進化モデル化により、やや冷たい主星の現在の質量は 75±14 M☉、やや高温の副星は 62±11 M☉ と推定され、軌道質量下限と整合的であった。
• CMFGEN モデリングによる効果的温度の推定値は 34±2 kK であり、系の年齢は 2–2.5 Myr と推定された。両星ともゼロ年齢主系列から著しく離れている。
• 2成分間の観測された温度差は、同程度のスペクトル型（O6.5 Iaf および O6 Iaf）に基づく予測を上回っており、現在の質量星物理学モデルに潜在的な限界がある可能性を示唆している。