[논문 리뷰] A spectroscopic study of field BHB star candidates

T. D. Kinman, Francesco Castelli외 4명|arXiv (Cornell University)|2000. 06. 13.

Stellar, planetary, and galactic studies인용 수 4

한 줄 요약

이 연구는 고해상도 옵티컬 및 패널티브자외선(IUE) 데이터, 스트로마르겐 광도계측 및 모델 대기와 함께, 근접한 필드 청색 수평가지(BHB) 항성 후보 31개에 대한 스펙트로스코픽 분석을 수행한다. 모든 후보자들이 금속성 낮은 할로우 항성으로서 BHB 특성을 보임을 확인하였으며, 적절한 T_eff와 log g, 낮거나 중간 수준의 v sin i(≤40 km s⁻¹), 태양 수준의 He 농도 및 α 원소 농도 증가를 보이며, 고운동도 조사에서 발생하는 운동학적 편향에도 불구하고 진정한 필드 BHB 항성임을 입증한다.

ABSTRACT

New spectroscopic observations (R=15000 and 40000) are given for 31 nearby (V < 11) BHB star candidates. IUE low-resolution spectra are available for most of them. New determinations of temperature, gravity, reddening and abundances were obtained from these data using models computed by Castelli with an updated version of the ATLAS9 code. A summary of the visual photometry for these stars (including new photometry obtained at Kitt Peak) is also given. All 31 candidates are halo stars. We classify 28 as BHB stars because: (1) They lie close to the ZAHB (in a similar position to globular cluster BHB stars) in the Teff vs. log g plot. (2) Their distribution of vsini (less than 40 km/s) is similar to that found for the BHB stars in globular clusters. (3) Their [Fe/H] lies between -0.99 and -2.95 (mean [Fe/H] -1.67, dispersion 0.42 dex) which is similar to that found for field halo RR Lyrae and red HB stars but more metal- poor than for halo globular clusters. Field BHB stars with Teff greater than 8500 K show the He I (4471 A) line corresponding to solar abundance. (4) They show a similar average enhancement of the alpha-elements ([Mg/Fe] = +0.43 +/- 0.04 and [Ti/Fe] = +0.44 +/- 0.02) to that found for other halo field stars of similar metallicity. Comments are given on a further 25 stars that have previously been suggested to be BHB stars; these were not included in our sample because they did not fulfil one or more of the above criteria.

연구 동기 및 목표

• 다양한 파장대의 스펙트로스코픽 및 광도계측 데이터를 활용하여 태양계 근처의 필드 청색 수평가지(BHB) 항성을 식별하고 확인한다.
• 회전 속도(v sin i), 유효 온도(T_eff), 표면중력(log g), 금속성 등을 활용하여 고운동도 후보자들 중 진정한 BHB 항성과 가짜 양성자(가짜 양성)를 구분한다.
• 근접한 BHB 항성의 원소 농도 패턴—특히 α 원소와 철계 원소—을 결정하고, 할로우 필드 항성 및 궤도집단 BHB들과 비교한다.
• 지역 BHB 항성 집단의 운동학적 및 화학적 성질을 평가하고, 이들이 할로우 항성 특성과 일치하는지 확인한다.
• 최근 궤도집단 BHB에서 높은 v sin i가 관측된 점을 고려하여, BHB 항성 선별의 광도계측 및 스펙트로스코픽 기준의 신뢰성을 평가한다.

제안 방법

• 25개의 프로그램 항성에 대해 Kitt Peak의 쿠에드 레이저 스펙트로그래프와 ESO의 CAT 스펙트로그래프를 사용하여 고해상도 스펙트로스코피(λ/Δλ ≈ 15,000)를 확보하였으며, 6개 항성은 양측 반구에서 관측되었다.
• IUE 저해상도 원자외선 스펙트럼을 사용하여 T_eff와 적색도를 유도하였으며, 특히 T_eff > 8,500 K인 항성의 경우 옵티컬 데이터를 보완하였다.
• 유효 온도(T_eff)와 표면중력(log g)은 관측된 에너지 분포, Hγ 프로파일, 스트로마르겐 광도계측과 ATLAS9 모델(카스텔리 및 쿠루츠, 업데이트됨)의 합성 스펙트럼을 비교하여 결정하였다.
• 모델 대기를 사용한 업데이트된 ATLAS9 코드(Castelli)를 활용하여 고해상도 옵티컬 스펙트럼에서 원소 농도를 유도하였으며, 이온화 및 에너지 수준 평형을 고려하였다.
• 선형 프로파일 피팅을 통한 회전 속도(v sin i) 측정값을 바탕으로 평균 기울어진 회전 속도를 구하고, 궤도집단 BHB들과의 일치성을 평가하였다.
• 금속성([Fe/H])은 Fe I 및 Fe II 선에서 유도되었으며, α 원소 농도 증가([Mg/Fe], [Ti/Fe])는 다른 할로우 집단과 비교하여 측정되었다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 31개의 필드 BHB 항성 후보자들은 금속성 낮은 할로우 항성으로서 진정한 BHB 항성인지, 아니면 디스크 항성의 광도계측 유사성으로 잘못 분류된 것인가?
• RQ2 이 근접한 BHB 항성들의 운동학적 및 스펙트로스코픽 성질은 궤도집단 BHB들과 일치하는가? 특히 v sin i와 금속성 분포 측면에서?
• RQ3 필드 BHB 항성의 원소 농도 패턴—특히 α 원소 농도 증가—은 무엇이며, 다른 할로우 항성 및 궤도집단 BHB들과 어떻게 비교되는가?
• RQ4 원자외선(IUE) 데이터는 특히 뜨거운 BHB 항성의 경우 T_eff와 적색도 결정에 어떻게 기여하는가?
• RQ5 고운동도 조사에서 근접한 BHB 항성 선별 시 운동학적 편향이 어느 정도 발생하는가?

주요 결과

• 모든 31개 후보자들이 금속성 범위 [Fe/H] = -2.95 ~ -0.99 사이에 있으며, 평균 -1.67 dex, 표준편차 0.42 dex로 할로우 필드 항성과 일치한다.
• 31개 항성 중 28개는 T_eff 대 log g 그림에서 궤도집단에서 관측된 ZAHB(초기 수평가지) 궤적과 밀접하게 일치하여 BHB 항성으로 분류된다.
• v sin i 분포(≤40 km s⁻¹)는 낮은 회전(≤20 km s⁻¹)과 높은 회전(≤40 km s⁻¹) 유형을 모두 포함하며, 각각 궤도집단 M3 및 M13에서 관측된 두 그룹과 일치한다.
• T_eff > 8,500 K인 항성들은 태양 수준의 He 농도를 반영하는 He I λ4471 선 강도를 보이며, 고온의 진화된 성질을 확인한다.
• 표본은 상당한 α 원소 농도 증가를 보이며, <[Mg/Fe]> = +0.43 ± 0.04 및 <[Ti/Fe]> = +0.44 ± 0.02로 할로우 패턴과 일치하며, 디스크 항성과 구별된다.
• v sin i와 (B-V)₀ 또는 [Fe/H] 사이에 유의미한 상관관계는 발견되지 않아, 이 표본에서 금속성 또는 색상에 따라 회전 속도에 체계적 경향이 없음을 시사한다.