[論文レビュー] The VLT-FLAMES Tarantula Survey. XXIII: two massive double-lined binaries in 30~Doradus

Ian D. Howarth, P. L. Dufton+10 more|Open Research Online (The Open University)|Aug 24, 2015

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 44被引用数 6

ひとこと要約

本研究は、大マゼラン雲の30ドラドゥス領域に位置する2つの質量の大きな二重線分光連星系、VFTS 450およびVFTS 652の分光および光度的分析を提示する。ラジアル速度曲線とモデル大気フィッティングを用いて、主星が質量が小さく、ローチューブを満たす星であり、顕著な窒素の過剰を示すことが判明した。しかし、分光的パラメータと光度測定値との間に矛盾が生じており、これは二次星のスペクトルが降着円盤によって覆い隠されている可能性を示唆し、高質量アルゴル型系におけるケース-A質量移動を示唆する。観測結果と進化モデルを整合させるために、光度比と温度を再評価することで、観測結果を再構成できる。

ABSTRACT

We investigate the characteristics of two newly discovered short-period, double-lined, massive binary systems, VFTS 450 (O9.7$\;$II--Ib$\,$+$\,$O7::) and VFTS 652 (B1$\;$Ib$\,+\,$O9:$\;$III:). We perform model-atmosphere analyses to characterise the photospheric properties of both members of each binary (denoting the `primary' as the spectroscopically more conspicuous component). Radial velocities and optical photometry are used to estimate the binary-system parameters. We estimate $T_{ m eff}=27$ kK, $\log{(g)}=2.9$ (cgs) for the VFTS 450 primary spectrum (34kK, 3.6: for the secondary spectrum); and $T_{ m eff} = 22$kK, $\log{(g)}=2.8$ for the VFTS 652 primary spectrum (35kK, 3.7: for the secondary spectrum). Both primaries show surface nitrogen enrichments (of more than 1 dex for VFTS 652), and probable moderate oxygen depletions relative to reference LMC abundances. We determine orbital periods of 6.89d and 8.59d for VFTS 450 and VFTS 652, respectively, and argue that the primaries must be close to filling their Roche lobes. Supposing this to be the case, we estimate component masses in the range $\sim$20--50M$_\odot$. The secondary spectra are associated with the more massive components, suggesting that both systems are high-mass analogues of classical Algol systems, undergoing case-A mass transfer. Difficulties in reconciling the spectroscopic analyses with the light-curves and with evolutionary considerations suggest that the secondary spectra are contaminated by (or arise in) accretion disks.

研究の動機と目的

• 新しく発見された質量の大きな二重線分光連星、VFTS 450およびVFTS 652の基本的パラメータを同定すること。
• これらの系において、分光的に導かれたパラメータと光度的・進化的制約との間の不一致を解消すること。
• 二次星の性質、特にそのスペクトルが周囲星間物質や降着円盤によって汚染されているかどうかを調査すること。
• 軌道解を決定し、これらの質量の大きな連星系におけるローチューブオーバーフローおよびケース-A質量移動の可能性を評価すること。
• 観測された光度比と効果的温度を、進化モデルと整合させるために二次星パラメータに妥当な調整を加えること。

提案手法

• VLT-FLAMESおよびUVES装置を用いて複数エポックの分光観測を実施し、両系のラジアル速度を測定し、軌道解を導出する。
• 光学吸収線からの有効温度（$T_{\mathrm{eff}}$）、表面重力（$\log{g}$）、表面組成をモデル大気解析により導出する。
• 光学および近赤外光度測定（IRSFおよびSpitzer SAGEより）を用いて、絶対等級および明るさ比（$\mathcal{F}_{2}/\mathcal{F}_{1}$）を決定する。
• 主星がローチューブを満たしていると仮定した単純な連星モデルを構築し、周期および半振幅の軌道パラメータを用いて、各成分の質量を推定する。
• 分光的パラメータが光度測定および進化理論と整合するかを検証するため、二次星の有効温度および光度比を変化させ、パラメータ空間における「妥当性の領域」を同定する。
• 降着円盤による可能性のあるベーリング効果の影響を評価するため、$\mathcal{F}_{2}/\mathcal{F}_{1}$を増加させたり、$T_{\mathrm{eff}}$（2）を高く設定した場合の、観測された光度と質量推定値との整合性を検討する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 VFTS 450およびVFTS 652の二次星において、分光的に導かれたパラメータは、観測された光度測定値および進化的状態と整合しているか？
• RQ2 VFTS 450およびVFTS 652の軌道周期および質量比は何か？また、これらはローチューブオーバーフローおよびケース-A質量移動を支持するか？
• RQ3 なぜ分光的に推定された二次星のパラメータが、光度測定および進化理論の制約と不一致を示すのか？
• RQ4 二次星の光度比または有効温度に妥当な調整を加えることで、分光データと観測された系の光度との不一致を解消できるか？
• RQ5 二次星のスペクトルが周囲星間物質や降着円盤によって汚染されていることは、観測された不一致を説明する妥当な説明か？

主な発見

• VFTS 450の軌道周期は6.89日、VFTS 652は8.59日であり、両系とも顕著なラジアル速度振幅を示している。
• VFTS 450の主星は$T_{\mathrm{eff}} = 27$ kKおよび$\log{g} = 2.9$（cgs）であり、二次星は$T_{\mathrm{eff}} = 34$ kKおよび$\log{g} = 3.6$である。VFTS 652では、主星は$T_{\mathrm{eff}} = 22$ kKおよび$\log{g} = 2.8$、二次星は$T_{\mathrm{eff}} = 35$ kKおよび$\log{g} = 3.7$である。
• 両主星とも、表面窒素過剰が1 dexを超えることが判明した。VFTS 652では、LMCの基準組成と比較して酸素の欠乏もおそらく観測された。
• 二次星のスペクトルは、分光的パラメータと光度測定制約との不一致から、降着円盤によって覆い隠されている可能性が示唆される。これにより、整合性を達成するには光度比（$\mathcal{F}_{2}/\mathcal{F}_{1}$）の増加または有効温度の上昇が必要となる。
• モデル化により、$\mathcal{F}_{2}/\mathcal{F}_{1}$および$T_{\mathrm{eff}}$（2）に妥当な調整を加えることで、観測された系の性質と進化モデルを整合させられることを示した。これは、二次星が分光法による推定よりも大きく、ローチューブを満たし始めている可能性を示唆する。
• これらの系は、ケース-A質量移動を経験している高質量アルゴル型系の類縁体と解釈され、分光的に目立つ成分が当初の仮定とは反対に質量が小さい星であると示唆される。