[論文レビュー] The VLT-FLAMES Tarantula Survey XXI. Stellar spin rates of O-type spectroscopic binaries

O. H. Ramírez-Agudelo, H. Sana+10 more|UvA-DARE (University of Amsterdam)|Jul 8, 2015

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 56被引用数 43

ひとこと要約

本研究では、30 Doradus領域の114個のO型連星スペクトロスコピック連星の予想される回転速度（vₑsin i）をVLT-FLAMESデータを用いて分析し、連星性が星の回転速度に与える影響を調査した。連星では、主峰がやや広がって高速回転しており、単一星に見られる高回転速度尾根が欠落していることが判明した。これは、単一星における高速回転星がおそらく連星相互作用後の生成物である可能性を示唆しており、近接連星における潮汐同期化が短周期系の高い回転速度を説明している。

ABSTRACT

The initial distribution of spin rates of massive stars is a fingerprint of their elusive formation process. It also sets a key initial condition for stellar evolution and is thus an important ingredient in stellar population synthesis. So far, most studies have focused on single stars. Most O stars are however found in multiple systems. By establishing the spin-rate distribution of a sizeable sample of O-type spectroscopic binaries and by comparing the distributions of binary sub-populations with one another as well as with that of presumed single stars in the same region, we aim to constrain the initial spin distribution of O stars in binaries, and to identify signatures of the physical mechanisms that affect the evolution of the massive stars spin rates. We use ground-based optical spectroscopy obtained in the framework of the VLT-FLAMES Tarantula Survey (VFTS) to establish the projected equatorial rotational velocities (\vrot) for components of 114 spectroscopic binaries in 30 Doradus. The \vrot\ values are derived from the full-width at half-maximum (FWHM) of a set of spectral lines, using a FWHM vs. \vrot\ calibration that we derive based on previous line analysis methods applied to single O-type stars in the VFTS sample. The overall \vrot\ distribution of the primary stars resembles that of single O-type stars in the VFTS, featuring a low-velocity peak (at $\vrot < 200$ kms) and a shoulder at intermediate velocities ($200 < \vrot < 300$ kms). The distributions of binaries and single stars however differ in two ways. First, the main peak at $\vrot \sim$100 kms is broader and slightly shifted toward higher spin rates in the binary distribution compared to that of the presumed-single stars. Second, the \vrot distribution of primaries lacks a significant population of stars spinning faster than 300 kms while such a population is clearly present in the single star sample.

研究の動機と目的

• 質量の大きなO型星の初期回転速度分布を、星の進化モデルにとって重要であるにもかかわらず、依然として制約が乏しい状態である二重星系における決定を目的とする。
• 同じ領域に存在する仮想単一星と比較して、O型スペクトロスコピック連星の回転速度分布を分析し、形成および進化の痕跡を特定することを目的とする。
• 潮汐相互作用、磁気減速、または連星相互作用後のプロセスが観測された回転速度分布をどのように形作っているかを評価することを目的とする。
• 質量の大きな星が単一系か二重系かに関わらず、初期回転速度分布が同様であるかどうかを検証することを目的とする。
• 軌道周期と質量比が、潮汐同期化および角運動量移動を通じて回転速度に与える影響を調査することを目的とする。

提案手法

• VLT-FLAMES Tarantula調査から得られた高分解能の光学スペクトロスコピーを用いて、114個のO型連星成分の投影された赤道回転速度（vₑsin i）を測定した。
• 同じ調査に含まれる単一O型星を用いて得られたFWHMからvₑsin iへの補正関係を適用し、スペクトル線幅から回転速度を推定した。
• 軌道周期と径速度変動（ΔRV）に基づいて連星を分類し、ΔRVを軌道周期の代理指標として用いて、短周期（P < 10 d）と長周期系を区別した。
• 連星の主星のvₑsin i分布を、仮想単一星の分布および連星のサブグループ（例：SB2、広角対 vs. 近接対）の分布と比較した。
• 潮汐同期化時間スケールを用いて、観測された回転速度が近接連星における潮汐ロックに一致するかどうかを評価した。
• 強い径速度変動を示す系と示さない系の間で回転速度分布を比較することで、磁気減速の役割を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 O型連星の回転速度分布は、同じ領域に存在する仮想単一O型星と比べて異なるか？
• RQ2 連星系に高回転速度星（vₑsin i > 300 km s⁻¹）が存在しないことは、単一星に見られる高速回転星が連星相互作用後の生成物であるという仮説と整合的か？
• RQ3 短周期連星における潮汐相互作用が、観測された平均回転速度の上昇をどの程度説明できるか？
• RQ4 短周期のSB2系において、主星と副星のvₑsin i値に潮汐ロックの兆候が見られるか？
• RQ5 質量の大きな星の初期回転速度分布は、連星形成とは独立して決定されるのか、それとも連星相互作用によって顕著に変化するのか？

主な発見

• O型連星主星のvₑsin i分布は、単一O型星と類似しており、200 km s⁻¹未満の低速度ピークが支配的で、200–300 km s⁻¹の肩が見られる。
• 連星の分布における主峰は、単一星の分布と比較してやや広がっており、中心が約100 km s⁻¹に位置し、特に短周期連星（P_orb < 10 d）で顕著である。
• 連星ではvₑsin i > 300 km s⁻¹の星の集団が顕著に欠落している一方で、仮想単一星のサンプルにはそのような星が明確に存在する。
• 径速度変動が20〜200 km s⁻¹の連星（主にP_orb ~10–1000 dおよび/または q < 0.5）は、170 km s⁻¹未満の部分で単一星と同様のvₑsin i分布を示す。
• P_orb < 10 dのSB2系では、主星と副星のvₑsin i値が統計的に同等であるため、半径が類似する近接連星における潮汐ロックの証拠となる。
• 連星に高速回転星が欠落していることは、単一星サンプルにおける高回転速度星が初期状態の高速回転星ではなく、連星相互作用後にスピンアップされた生成物である可能性を支持する。