[논문 리뷰] A VLT/FLAMES survey for massive binaries in Westerlund 1: I. first observations of luminous evolved stars

B. W. Ritchie, J. S. Clark외 2명|arXiv (Cornell University)|2009. 09. 21.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 31인용 수 5

한 줄 요약

이 연구는 청소년 성운인 웨스터룬드 1에서 질량이 큰 이중성에 초점을 맞춘 장거리 기반 VLT/FLAMES 조사에서 처음으로 얻은 궤도 속도 측정치를 제시한다. 다중 에포크 스펙트로스코피를 통해 밝은 진화된 별들을 분석하여 6개의 강력한 이중성 후보(이중성 비율 30%)를 규명했으며, 약 60%의 대상에서 궤도 해석을 복잡하게 만드는 표면 펄세이션을 수반한 상당한 궤도 속도 변화를 관측하였다. 특히 초기 B형 초거성에서 이러한 현상이 두드러졌다.

ABSTRACT

Multiwavelength observations of the young massive cluster Westerlund 1 have revealed evidence for a large number of OB supergiant and Wolf-Rayet binaries. However, in most cases these findings are based on secondary binary characteristics such as hard X-ray emission and/or non-thermal radio spectra and hence provide little information on binary properties such as mass ratio and orbital period. To overcome this shortcoming we have initiated a long temporal baseline, VLT/FLAMES+GIRAFFE multi-epoch radial velocity survey that will provide the first direct constraints on these parameters. This study presents first results from twenty of the most luminous supergiant stars in Wd1. Statistically significant radial velocity changes are detected in ~60% of targets. W43a is identified as a short-period binary, while W234 and the newly-identified cluster member W3003 are probable binaries and W2a is a strong binary candidate. The cool hypergiants W243 and W265 display photospheric pulsations, while a number of early-mid B supergiants display radial velocity changes that we cannot distinguish between orbital or photospheric motion in our initial short-baseline survey. When combined with existing observations, we find 30% of our sample to be binary (6/20) while additional candidate binaries support a binary fraction amongst Wd1 supergiants in excess of ~40% [ABRIDGED]

연구 동기 및 목표

• 궤도 속도 모니터링을 통해 웨스터룬드 1의 질량이 큰 이중성의 궤도 파라미터를 직접 측정하기 위해.
• 질량 비율과 궤도 주기를 제약 조건 없이 제공하지 않는 간접적 이중성 탐지 방법(예: X선 또는 라디오 신호)의 한계를 극복하기 위해.
• 젊고 밀도가 높은 성운 환경에서 질량이 큰 진화된 별들 사이의 진정한 이중성 비율을 평가하기 위해.
• 다중 에포크 데이터를 활용해 변동하는 초거성에서 궤도 운동과 표면 펄세이션 간의 차이를 구분하기 위해.
• 향후 질량이 큰 성운에서의 이중성 진화 경로와 별 형성 메커니즘 분석의 기초를 마련하기 위해.

제안 방법

• 2008년 7월~9월 기간 동안 2개월의 기준 기간 동안 웨스터룬드 1의 20개의 밝은 초거성에 대해 다중 에포크 VLT/FLAMES+GIRAFFE 스펙트로스코피를 수행하였다.
• 8484–9001 Å 파장 범위 내에서 강한 파스첸 계열 흡수선을 사용하여 궤도 속도를 측정하였다.
• 유의미한 궤도 속도 변화를 탐지하기 위해 통계적 분석을 적용하였다.
• 기존의 다파장 데이터(엑스선, 라디오, 적외선)와 결합하여 이중성 후보를 교차 확인하였다.
• 스펙트럼 프로파일 변화를 분석하여 속도 변화가 궤도 운동인지 표면 펄세이션인지 평가하였다.
• 외부 증거(예: 엑스선, 라디오, 발광선)로 확인된 후보들과 비교하여 이중성 비율을 평가하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 궤도 속도 모니터링을 통해 웨스터룬드 1의 질량이 큰 진화된 초거성들 사이의 진정한 이중성 비율은 얼마인가요?
• RQ2 초기 B형 초거성에서 관측된 궤도 속도 변화는 궤도 운동인지 표면 펄세이션 때문인가요?
• RQ3 이 연구의 궤도 속도 결과는 성운 내 이중성 시스템을 이전에 간접적으로 탐지한 결과(예: 엑스선 또는 라디오)와 어떻게 비교될 수 있나요?
• RQ4 냉각 초거성과 밝은兰색 변수에서 관측되는 표면 펄세이션은 궤도 속도 조사에서 궤도 운동을 얼마나 유사하게 묘사할 수 있나요?
• RQ5 관측된 이중성 비율은 경쟁적 수탈 또는 별 융합을 포함한 질량이 큰 별 형성 이론에 어떤 영향을 미칠 수 있나요?

주요 결과

• 20개의 관측된 밝은 초거성 중 6개(30%)가 다중 에포크 데이터 기반으로 이중성 시스템과 일치하는 통계적으로 유의미한 궤도 속도 변화를 보였다.
• 대상의 약 60%가 약 15–25 km s⁻¹ 정도의 궤도 속도 변화를 보였지만, 초기 B형 초거성에서는 기원(궤도 운동 대비 펄세이션)이 모호하게 남아 있었다.
• W43a는 단기 주기 이중성으로 확인되었으며, W234, W3003, W2a는 확률 높은 또는 강력한 이중성 후보로 간주된다.
• 냉각 초거성인 W243과 W265는 표면 펄세이션을 보였으며, W243는 발광선 스펙트럼을 설명하기 위해 뜨거운 동반성이 필요하다고 판단된다.
• 엑스선, 라디오, 발광선 데이터를 기반으로 한 후보 이중성들을 포함하면 이중성 비율은 최소 40%로 증가한다.
• 표면 펄세이션은 웨스터룬드 1의 전이형 B형 초거성과 냉각 초거성에서 흔한 특성일 가능성이 있으며, 궤도 속도 해석을 복잡하게 만든다.