[論文レビュー] UV, optical and near-IR diagnostics of massive stars

F. Martins|arXiv (Cornell University)|Oct 26, 2010

Stellar, planetary, and galactic studies被引用数 4

ひとこと要約

本稿は、質量の大きなO、B超巨星およびウルフ・レイター星の基本的パラメータを決定するための紫外線（UV）、可視光、近赤外線（near-IR）波長域における分光的診断法について包括的な概説を提供する。効用温度、表面重力、光度、質量放出率、風のクラッピング、回転、磁場を、複数のスペクトル領域で高い精度で導出するための方法として、イオン化バランス、ラインプロファイル解析、フーリエ変換を詳述する。

ABSTRACT

We present an overview of a few spectroscopic diagnostics of massive stars. We explore the following wavelength ranges: UV (1000 to 2000 A), optical (4000--7000 A) and near-infrared (mainly H and K bands). The diagnostics we highlight are available in O and Wolf-Rayet stars as well as in B supergiants. We focus on the following parameters: effective temperature, gravity, surface abundances, luminosity, mass loss rate, terminal velocity, wind clumping, rotation/macroturbulence and surface magnetic field.

研究の動機と目的

• UV（1000–2000 Å）、可視光（4000–7000 Å）、近赤外線（HおよびKバンド）の波長範囲にわたる質量星に適用可能な分光的診断法の体系的概説を提供すること。
• 効用温度、表面重力、光度、質量放出率などの主要な星間および風のパラメータを導出するための、最も信頼性の高いスペクトル線および技術を特定・評価すること。
• ラインプロファイルのフーリエ変換解析を用いて、回転速度とマクロ湍流の間のデゲネラシーを解消すること。
• 高分解能可視光スペクトルにおけるゼーマン効果を用いた、OおよびB星における表面磁場の検出方法をレビューすること。
• 特にUVのみのデータや近赤外線診断におけるパラメータ決定の現在の限界と不確実性を要約すること。

提案手法

• 効用温度は、異なる温度で合成された連続的イオン化状態（例：HeIとHeII）のライン強度を比較することで、イオン化バランス法により導出される。
• 表面重力は、可視光域のバルマー線（Hβ、Hγ、Hδ）および近赤外域のブラケット線（Brγ）の衝突幅から決定され、特に線の端末部が圧力効果に最も敏感である。
• 光度は、絶対的Vマグニチュードと効用温度から導出されるボロメトリック補正を用いるか、特定のフィルタバンドにおける観測されたフラックスと理論的フラックスを直接比較することで推定される。
• 質量放出率と終端風速度は、CIV 1548–1550、SiIV 1393–1403、NV 1240などの共鳴ラインの光学的およびUV領域のP Cygniプロファイルを用い、プロファイルフィッティングおよび風モデルを適用することで導出される。
• 風のクラッピングは、異なるイオン化状態で形成されるラインの比（例：HαとHeII 4686）やP Cygniプロファイルの深さを用いて診断され、UV領域ではNIV 1718やOV 1371などの診断線が用いられる。
• 回転速度（vsini）は、ラインプロファイルのフーリエ変換を用いてマクロ湍流から分離可能であり、フーリエ変換の最初のゼロ交差点は、関係式 λ/c × vsini × σ₁ = 0.66 を介してvsiniと直接関係している。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 O星およびウルフ・レイター星における効用温度の信頼性の高い診断に最も適したUV、可視光、近赤外線スペクトル線は何か？
• RQ2 可視光域のバルマー線および近赤外域のブラケット線プロファイルから、どのようにして表面重力を正確に決定できるか？
• RQ3 ラインプロファイルのフーリエ変換解析を用いることで、回転速度とマクロ湍流のデゲネラシーはどの程度解消可能か？
• RQ4 異なる波長領域において、質量星の質量放出率および風のクラッピングを測定するための最も効果的なスペクトル指標は何か？
• RQ5 分光偏光法は、どのようにしてO星およびB星における表面磁場の検出を可能にし、どのラインがこの目的に最も適しているか？

主な発見

• O星およびウルフ・レイター星における効用温度の最も信頼性の高い光学診断はHeI 4471およびHeII 4542線であり、T_effが上昇するにつれてHeI 4471は弱まり、HeII 4542は強化される。
• ~27,000 K未満の星では、SiII/SiIIIおよびSiIII/SiIVのイオン化バランスがヘリウム線に代わって主な温度指標として機能する。
• 近赤外域のHeI 2.112 μmおよびHeII 2.189 μm（Kバンド）を用いた診断は、光学データと一貫した温度推定値を提供するが、HeI 2.058 μmはラインブランケットの影響を強く受けるため、注意を要する。
• UV領域の鉄イオン化フォレスト（FeIV、FeV、FeVI）は、UVスペクトルのみが利用可能な場合にのみ有効な温度診断を提供するが、光学法に比べて不確実性が大きい。
• フーリエ変換法により、回転速度とマクロ湍流のデゲネラシーは成功裏に解消され、FTの最初のゼロ交差点はマクロ湍流の振幅に依存せず、vsiniに直接比例する。
• 最小二乗デコンボリューション法を用いた分光偏光法により、HeI 4026、HeII 4542、CIV 5812などのラインにおけるゼーマン分裂を介して表面磁場が検出可能であり、ストークスVに信号が存在し、ノイズプロファイルに存在しないことから、明確な検出が確認されている。