[論文レビュー] XMM-Newton observations of the sigma Ori cluster. I. The complex RGS spectrum of the hot star sigma Ori AB

J. Sanz‐Forcada, E. Franciosini+1 more|ArXiv.org|Apr 5, 2004

Astrophysics and Star Formation Studies被引用数 40

ひとこと要約

本研究では、若年性のσ Ori星団に属する高温のO9.5V型星σ Ori ABについて、XMM-Newtonを用いて高分解能RGSスペクトルを取得し、周囲のX線源による混入を丁寧に分離することで、星の真の放射を特定した。主な発見は、O viiの禁制線対中間結合線比が顕著に低く、風中のCNO元素の過剰な豊度が、高温星風における標準的な衝撃加熱モデルに挑戦するものである。

ABSTRACT

We present XMM-Newton observations of the young (~2-5 Myr) cluster around the hot (O9.5V) star sigma Orionis AB, aimed at obtaining a high resolution RGS spectrum of the hot star as well as EPIC imaging data for the whole field. We show that the RGS spectrum of sigma Ori AB may be contaminated by weaker nearby sources which required the development of a suitable procedure to extract a clean RGS spectrum and to determine the thermal structure and wind properties of the hot star. We also report on the detection of a flare from the B2Vp star sigma Ori E and we discuss whether the flare originated from the hot star itself or rather from an unseen late-type companion. Other results of this observation include: the detection of 174 X-ray sources in the field of sigma Ori of which 75 identified as cluster members, including very low-mass stars down to the substellar limit; the discovery of rotational modulation in a late-type star near sigma Ori AB; no detectable line broadenings and shifts (<800 km s^-1) in the spectrum of sigma Ori AB together with a remarkable low value of the O VII forbidden to intercombination line ratio and unusually high coronal abundances of CNO elements.

研究の動機と目的

• 周囲のX線源による混入を最小限に抑えて、若年性のσ Ori星団に属する高温星σ Ori ABの高分解能RGSスペクトルを取得すること。
• 高分解能X線分光法を用いて、σ Ori ABの熱的構造および風の性質を特定すること。
• B2Vp型星σ Ori Eで検出されたフレアの原因を、高温星そのものからの放射か、見えない晩期型の伴星からのものかを区別すること。
• σ Ori領域内のX線源を同定・特徴付け、星団の低質量星および亜星界の下限まで含むこと。
• σ Ori ABのスペクトルに風誘発の線幅拡大やエネルギー移動が見られるかを評価し、高エネルギーの噴流が存在するかを検証すること。

提案手法

• XMM-Newtonの同時高分解能RGSおよび低分解能EPIC（PNおよびMOS）分光法を用いて、σ Ori星団領域を観測した。
• 周囲の源のEPICスペクトルを用いて、σ Ori ABのRGSスペクトルへの寄与をモデル化・差し引くためのスペクトル補正手順を開発した。
• 視野内での源の位置ずれに起因するRGSスペクトルの波長シフトを適用し、周囲の源由来の混入ラインを特定・分離した。
• 清浄化されたσ Ori ABのRGSスペクトルに対して微分励起関数（DEM）解析を実施し、熱的構造を推定した。
• σ Ori Eの光曲線およびEPICスペクトルを分析し、フレア活動の検出および、静穏時とフレア時のスペクトル硬さと金属量の変化を評価した。
• Fe iの蛍光ラインの存在と位相一致の吸収ディップを用いて、周囲星間物質を推定し、フレア発生源の仮説を検証した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 周囲のX線源による混入を除去した後、σ Ori ABの固有の高分解能RGSスペクトルはどのようなものか？
• RQ2 σ Ori ABのRGSスペクトルに、強力な星風に一致する線幅拡大またはドップラーシフトの兆候は見られるか？
• RQ3 なぜσ Ori ABのO vii禁制線対中間結合線比は、標準的な衝撃加熱モデルの予測よりも顕著に低いのか？
• RQ4 σ Ori Eで観測されたX線フレアの原因は何か——それは高温星そのもの由来か、見えない晩期型の伴星由来か？
• RQ5 σ Ori ABの風中のCNO元素の過剰な豊度は、若く未進化した星に一致するものか、それとも異常な元素増幅過程を示唆するのか？

主な発見

• σ Ori領域では合計174個のX線源が検出され、そのうち75個が星団メンバーと特定された。これは、星団の低質量星および亜星界の下限まで含む。
• K型星（番号#4）で表面活動に起因する回転調制が検出され、晩期型星団メンバーにおける磁気活動を示した。
• B2Vp型星σ Ori Eは、静穏時と比較してピークで金属量が約7倍に増加したフレアを示した。これは、活発な晩期型星のフレアと類似していた。
• σ Ori Eの静穏X線スペクトルは、高温星としては異常に硬く、金属量Z ~ 0.1 Z☉であった。これは、冷却した活発星に類似していた。
• σ Ori ABのO vii禁制線対中間結合線比は、顕著に低く、標準的な星風における衝撃加熱モデルとは整合しないことが判明した。
• σ Ori ABのRGSスペクトルには、顕著な線幅拡大や速度シフト（≤ 800 km s⁻¹）は検出されず、高CNO豊度にもかかわらず強い星風の噴流は存在しないことが示された。