[論文レビュー] Variability of Hypervelocity Stars

Idan Ginsburg, Warren R. Brown+1 more|arXiv (Cornell University)|Feb 7, 2013

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 2被引用数 3

ひとこと要約

本研究では、11個の超高速星（HVSs）の時系列的光度測定を実施し、そのうち4つが周期的光度変動を示すことが判明した。これらの星は0.2〜2日周期、0.5〜3%の振幅を示しており、これは内部的な脈動変動を示すゆっくりとした脈動B星（SPB）の特徴に一致する。結果は、これらのHVSsが銀河中心のブラックホールによって打ち出された主系列B星であるという仮説を支持しており、それらの起源と銀河ホールの構造を理解する上で重要である。

ABSTRACT

We present time-series photometry of 11 hypervelocity stars (HVSs) to constrain their nature. Known HVSs are mostly late-B spectral type objects that may be either main-sequence (MS) or evolved blue horizontal branch (BHB) stars. Fortunately, MS stars at these effective temperatures, $T_{eff} \sim$ 12,000 K, are good candidates for being a class of variable stars known as slowly pulsating B stars (SPBs). We obtained photometry on four nights at the WIYN 3.5 m telescope, and on six nights on the 2.4 m Hiltner telescope. Using sinusoidal fits, we constrain four of our targets to have periods between $P \sim 0.2 - 2$ days, with a mean value of 0.6 days. Our amplitudes vary between $A = 0.5 - 3$%. This suggests that these four HVSs are SPBs. We discuss a possible origin for these stars, and why further observations are necessary.

研究の動機と目的

• 超高速星（HVSs）の固有の性質を特定すること、特にそれが主系列（MS）星か、青水平枝（BHB）星かを特定すること。
• 後期B型のHVSsがゆっくりとした脈動B星（SPB）である可能性を検証すること。SPBはgモード脈動によって周期的な光度変動を示す。
• 主系列星と進化したBHB星の明るさに約4倍の差があることを利用し、HVSの距離と年齢を制約すること。
• 中心ブラックホールによって二重星系が破壊され、片方がHVSとして打ち出されるというHills機構の妥当性を、HVSサンプルにSPBの特徴を確認することで評価すること。
• 今後の観測を支援するため、変動の有意性が高く、さらなる追跡観測が求められる候補を特定すること。

提案手法

• WIYN 3.5 m望遠鏡で4夜、Hiltner 2.4 m望遠鏡で6夜にわたり時系列的光度測定を実施した。
• 光曲線に正弦波フィッティングを適用し、各天体の周期と振幅を特定した。
• 変動の統計的有意性はF検定を用いて評価し、検出信号の信頼水準を決定した。
• 有効温度T_eff ~ 12,000 Kを仮定した。この温度範囲は理論的SPB不安定帯域に位置し、SPBの可能性を示唆する。
• 既知のSPBの性質と比較して、変動特性（周期0.2〜2日、振幅0.5〜3%）を用いて候補を分類した。
• 不安定帯域図（log T_eff 対 log P）を用いて結果を文脈づけ、β Cephei、δ Sct、γ Dor、およびSPB変星の領域を示した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 超高速星（HVSs）は、周期的光度変動によって示されるように、ゆっくりとした脈動B星（SPB）である可能性が高いか？
• RQ2 T_effが類似しているにもかかわらず、時系列的光度測定によってHVSにおける主系列B星と進化した青水平枝（BHB）星を区別できるか？
• RQ3 HVS1、HVS5、HVS7、HVS13で検出された変動の有意性は何か？また、既知のSPB特性と比較するとどうなるか？
• RQ4 HVSの観測された周期と振幅は、Hills機構がこれらの星の起源であるという仮説を支持するか？
• RQ5 周期が3日以上、または振幅が0.01 mag未満のSPBである可能性があるHVSの割合はどの程度か？今後の観測でその性質を解明できるか？

主な発見

• HVS1、HVS5、HVS7、HVS13の4つのHVSが、0.2〜2日周期、0.5%〜3%の振幅を示す有意な周期的光度変動を示した。これはSPBの特徴と一致する。
• HVS7は、約1.0日周期のSPBとして確認され、2.5-sigmaの有意水準で検出された。
• HVS1はSPB行動と整合する周期を示したが、その検出は1.6-sigmaの有意水準にとどまり、先行研究とは異なるアリヤスパターンを示した。
• HVS5は1.2-sigmaの検出にとどまり、SPBとしての確定的証拠は不足しているが、今後の研究の候補である。
• HVS8は観測範囲内で有意な変動を示さなかったが、周期が≥3日または振幅が検出限界未満のSPBである可能性は残っている。
• 結果は、観測されたHVSの大部分がlog T_eff 対 log P 図におけるSPBの狭い不安定帯域内に位置しており、これらが主系列B星として分類されることを支持している。