[論文レビュー] The VLT-FLAMES Tarantula Survey X: Evidence for a bimodal distribution of rotational velocities for the single early B-type stars

P. L. Dufton, N. Langer+13 more|arXiv (Cornell University)|Dec 11, 2012

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 59被引用数 65

ひとこと要約

本研究では、VLT-FLAMES調査の高分解能分光法を用いて、タラントゥラ星雲に位置する334個の単一の初期B型星の予想される回転速度（$v_{\rm{e}}\sin i$）を分析した。その結果、$v_{\rm{e}} \leq 100$ km s$^{-1}$ の遅い回転星成分（全標本の25%を占める）と、約250 km s$^{-1}$ でピークを示す速い回転星成分からなる二峰性分布が明らかになった。これは、磁気的減速や風駆動プロセスといった異なるスピンダウン機構が関与している可能性を示唆している。

ABSTRACT

Aims: Projected rotational velocities (\vsini) have been estimated for 334 targets in the VLT-FLAMES Tarantula survey that do not manifest significant radial velocity variations and are not supergiants. They have spectral types from approximately O9.5 to B3. The estimates have been analysed to infer the underlying rotational velocity distribution, which is critical for understanding the evolution of massive stars. Methods: Projected rotational velocities were deduced from the Fourier transforms of spectral lines, with upper limits also being obtained from profile fitting. For the narrower lined stars, metal and non-diffuse helium lines were adopted, and for the broader lined stars, both non-diffuse and diffuse helium lines; the estimates obtained using the different sets of lines are in good agreement. The uncertainty in the mean estimates is typically 4% for most targets. The iterative deconvolution procedure of Lucy has been used to deduce the probability density distribution of the rotational velocities. Results: Projected rotational velocities range up to approximately 450 \kms and show a bi-modal structure. This is also present in the inferred rotational velocity distribution with 25% of the sample having $0\leq$\ve$\leq$100\,\kms and the high velocity component having \ve$\sim 250$\,\kms. There is no evidence from the spatial and radial velocity distributions of the two components that they represent either field and cluster populations or different episodes of star formation. Be-type stars have also been identified. Conclusions: The bi-modal rotational velocity distribution in our sample resembles that found for late-B and early-A type stars. While magnetic braking appears to be a possible mechanism for producing the low-velocity component, we can not rule out alternative explanations.

研究の動機と目的

• 30 Doradus領域における単一の初期B型星の固有回転速度分布を特定し、大質量星の進化を理解すること。
• 観測された回転速度分布が、進化過程、連星系、または磁場の影響を反映しているかどうかを調査すること。
• 観測された $v_{\rm{e}}\sin i$ 分布をデコンボリューションして、真の背後に潜む回転速度分布を推定すること。
• 二峰性構造が、磁気的減速や風駆動によるスピンダウンといった物理的メカニズムに起因しているかどうかを評価すること。
• 過去の調査および大質量星進化の理論的モデルと照らし合わせ、結果を比較すること。

提案手法

• スペクトル線のフーリエ変換を用いて、投影回転速度を測定し、プロファイルフィッティングから上限値を算出した。
• 狭線型星には非拡散的・拡散的ヘリウム線を、広線型星には広帯域のヘリウム線を用い、線型にわたる一貫性を確保した。
• ルーシー反復デコンボリューション法を用いて、観測された $v_{\rm{e}}\sin i$ 分布を固有回転速度分布に変換した。
• 径速度の変動がなく、超巨星の特徴を示さない星を対象とすることで、単一の主系列星に限定した。
• 分析対象は、大マジラン諸銀河内の質量6〜16 $M_\odot$ の初期B型星（スペクトル型 ~O9.5 から B3）に限定された。
• $v_{\rm{e}}\sin i$ 評価の不確実性は通常約4%であり、速度測定の高精度を確保した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 タラントゥラ星雲における単一の初期B型星の投影回転速度分布は、二峰性構造を示すか？
• RQ2 観測された二峰性分布を説明する物理的メカニズム（磁気的減速、風駆動スピンダウン、連星相互作用など）は何か？
• RQ3 二峰性分布は、集団または場の集団、あるいは異なる星形成エポックと空間的・運動的に相関しているか？
• RQ4 固有回転速度分布は、過去の調査や大質量星進化の理論的モデルとどのように比較できるか？
• RQ5 これらの星に存在する磁場が、低速回転成分と関連しているとすれば、その磁場の起源は何か？

主な発見

• 観測された $v_{\rm{e}}\sin i$ 分布は最大で約450 km s$^{-1}$ まで及び、明確な二峰性構造を示した。
• 低速回転成分には標本の約25%が含まれており、$v_{\rm{e}} \leq$ 100 km s$^{-1}$ であった。
• 高速回転成分は $v_{\rm{e}} \sim$ 250 km s$^{-1}$ でピークを示し、大部分の星が200〜350 km s$^{-1}$ の範囲に分布していた。
• 二峰性分布は空間的位置や径速度と相関がなく、単純な場対集団または連続的星形成のシナリオを除外した。
• 理論的モデルにおける磁気的減速と整合的であるが、星風によるバイステーブル・ブレーキングといった代替メカニズムも妥当である。
• 磁場が遅い回転星を説明できる可能性があるが、その磁場の起源（古磁場、ダイナモ生成、連星誘発）は依然として不明である。