[論文レビュー] The VLT-FLAMES Tarantula Survey XIX. B-type Supergiants - Atmospheric parameters and nitrogen abundances to investigate the role of binarity and the width of the main sequence

C. M. McEvoy, P. L. Dufton+20 more|UvA-DARE (University of Amsterdam)|Dec 8, 2014

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 63被引用数 43

ひとこと要約

本研究では、VLT-FLAMES Tarantula Surveyを用いて、非局所熱力学的平衡（non-LTE）TLUSTYモデル大気を用い、単一星および連星のB型超巨星における大気パラメータおよび窒素全量の最初の体系的比較を実施した。主系列はやや低い温度（約20,000 K）まで延長可能であり、単一星および連星の両方の超巨星が類似した窒素増加を示すため、回転を含む単一星進化モデルが観測結果を説明できると考えられるが、わずかな異同が示唆するように、進化経路に差がある可能性もある。

ABSTRACT

TLUSTY non-LTE model atmosphere calculations have been used to determine atmospheric parameters and nitrogen (N) abundances for 34 single and 18 binary B-type supergiants (BSGs). The effects of flux contribution from an unseen secondary were considered for the binary sample. We present the first systematic study of the incidence of binarity for a sample of BSGs across the theoretical terminal age main sequence (TAMS). To account for the distribution of effective temperatures of the BSGs it may be necessary to extend the TAMS to lower temperatures. This is consistent with the derived distribution of mass discrepancies, projected rotational velocities (vsini) and N abundances, provided that stars cooler than this temperature are post RSG objects. For the BSGs in the Tarantula and previous FLAMES surveys, most have small vsini. About 10% have larger vsini (>100 km/s) but surprisingly these show little or no N enhancement. All the cooler BSGs have low vsini of <70km/s and high N abundance estimates, implying that either bi-stability braking or evolution on a blue loop may be important. A lack of cool binaries, possibly reflects the small sample size. Single star evolutionary models, which include rotation, can account for the N enhancement in both the single and binary samples. The detailed distribution of N abundances in the single and binary samples may be different, possibly reflecting differences in their evolutionary history. The first comparative study of single and binary BSGs has revealed that the main sequence may be significantly wider than previously assumed, extending to Teff=20000K. Some marginal differences in single and binary atmospheric parameters and abundances have been identified, possibly implying non-standard evolution for some of the sample. This sample as a whole has implications for several aspects of our understanding of the evolution of BSGs. Full abstract in paper

研究の動機と目的

• 単一星と連星系の間の大気パラメータおよび窒素全量を比較することで、B型超巨星の進化歴における連星の役割を調査すること。
• B型超巨星の観測された有効温度分布および窒素全量分布が、理論的終焉主系列（TAMS）をより低い温度まで拡張する必要があるかどうかを評価すること。
• 連星相互作用が、孤立超巨星と比較して窒素表面全量や回転速度に顕著な影響を及ぼすかどうかを特定すること。
• 回転を含む単一星進化モデルが、単一星および連星超巨星の観測特性を説明できるかを評価すること。
• やや冷たい超巨星における低投影回転速度と高い窒素全量の意義を、二重安定性ブレーキングや青ループ進化といった進化メカニズムの観点から探求すること。

提案手法

• 非局所熱力学的平衡（non-LTE）TLUSTYモデル大気計算を用い、ケイ素のイオン化平衡法により有効温度を導出。より高温の星ではヘリウムのイオン化を用いた。
• バルマー線プロファイルから表面重力加速度を推定し、ケイ素分光学スペクトルから微乱拡散速度を導出した。
• 窒素全量または上限値はN IIスペクトル線から決定され、連星系における見えない伴星からの潜在的フラックス寄与に対して補正を施した。
• 連星の影響を評価するため、二次星からのフラックス混入をモデル化し、一部の標本に対してfastwindコードを用いて再分析を行い、妥当性を検証した。
• 34個の単一星および18個の連星B型超巨星の間で大気パラメータおよび全量を比較し、系統的な差を検出することを目的とした。
• 理論的TAMSと観測された有効温度を比較し、主系列をより低い温度まで拡張する必要があ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 Tarantula Nebula内のB型超巨星において、連星がその窒素全量や大気パラメータに顕著な影響を及ぼすか？
• RQ2 B型超巨星の有効温度分布は理論的終焉主系列と整合的か。それとも、より低い温度まで主系列を拡張する必要があるか？
• RQ3 回転を含む単一星進化モデルは、単一星および連星超巨星の両方における観測された窒素増加を説明できるか？
• RQ4 投影回転速度の観測された二重ピーク分布、特にvsini ≥ 100 km s⁻¹の星では窒素増加がほとんど見られないという事実の意義は何か？
• RQ5 低vsini（< 70 km s⁻¹）および高窒素全量を示すやや冷たい超巨星は、二重安定性ブレーキングや青ループ進化といった進化シナリオを支持するか？

主な発見

• B型超巨星の主系列は、観測された温度分布および質量の不一致に基づき、有効温度をやや低くまで延長可能であり、再評価されたTAMSは約20,000 Kに位置すると考えられる。
• 単一星および連星B型超巨星の間で大気パラメータや窒素全量に顕著な差は認められず、サンプル内では連星がこれらの特性に顕著な影響を及ぼさないことが示された。
• 予測されたTAMS未満の有効温度に位置する16個の超巨星が同定され、理論的主系列のより低い温度への拡張が求められることが示唆された。
• 投影回転速度の分布は約50 km s⁻¹でピークを示し、65％の星が30–60 km s⁻¹の範囲に分布している。vsini ≥ 100 km s⁻¹の星（サンプルの10％）は、ほとんどまたは全く窒素増加を示さなかった。
• すべてのやや冷たい超巨星（Teff < 20,000 K）は低vsini（< 70 km s⁻¹）および高窒素全量を示しており、二重安定性ブレーキングや青ループ進化といった進化メカニズムと整合的である。
• 中程度の初期回転速度（v₀ ≤ 400 km s⁻¹）を含む単一星進化モデルは、単一星および連星両方のサンプルにおける観測されたすべての窒素増加を再現可能であるが、わずかな窒素全量分布の違いは、異なる進化歴を反映している可能性がある。