[논문 리뷰] A VLT/FLAMES survey for massive binaries in Westerlund 1 V. the X-ray selected blue stragglers Wd1-27 and -30a

J. S. Clark, F. Najarro외 4명|Open Research Online (The Open University)|2018. 11. 23.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 111인용 수 7

한 줄 요약

이 연구는 망원경의 다중 에포크 VLT/FLAMES 분광학적 관측과 X선 자료를 사용하여 청소년기 별단 웨스터룬드 1 내 거대한 블루 스트래글러 후보 Wd1-27과 Wd1-30a를 조사한다. 양성별은 극도의 O형 초거성으로, 일반적인 단일 별보다 질량과 빛의 강도가 훨씬 크며, Wd1-30a는 짧은 주기의 이중성임이 강력한 증거로 제시되며, 이는 이러한 거대한 별들이 이중성에 의한 질량 이동 또는 융합으로 기원했음을 시사한다.

ABSTRACT

Observational studies suggest that many OB stars are found within binary systems which may be expected to interact during their lifetimes. Significant mass transfer or merger of both components will modify evolutionary pathways, facilitating the production of exceptionally massive stars which will present as blue stragglers. Identification and characterisation of such objects is crucial if the outcomes of binary evolutionary channels are to be quantified. The massive cluster Westerlund 1 hosts a rich population of X-ray bright stars where the emission is thought to derive from the wind collision zones of massive binaries. Selected on this basis, we present the results of a multiwavelength analysis of the X-ray luminous O stars Wd1-27 and -30a. We find both to be early/mid-O hypergiants with luminosities, temperatures and masses significantly in excess of other early stars within Wd1, hence qualifying as massive blue stragglers. The nature of Wd1-27 remains uncertain but the detection of radial velocity changes and the X-ray properties of Wd1-30a suggest that it is a binary. Analysis of Gaia proper motion and parallactic data indicates that both are cluster members; we also provide a membership list for Wd1 based on this analysis. The presence of hypergiants of spectral types O to M within Wd1 cannot be understood via single-star evolution. We suppose that the early-B and mid-O hypergiants formed via binary-induced mass-stripping of the primary and mass-transfer to the secondary, respectively. This implies that for a subset of objects massive star-formation may be regarded as a two-stage process, with binary-driven mass-transfer or merger yielding stars with masses significantly in excess of their initial birth mass (Abridged).

연구 동기 및 목표

• 청소년기 별단 웨스터룬드 1 내 X선으로 밝혀진 두 개의 블루 스트래글러 후보 Wd1-27과 Wd1-30a의 본질과 진화 기원을 규명하는 것.
• Gaia DR2의 운동 및 거리 측정 자료를 활용하여 이 별들이 별단 소속임을 평가하는 것.
• 속도 변화와 X선 스펙트럼 분석을 통해 이중성 존재 여부를 조사하는 것.
• 일반적인 질량 한계를 초월하는 거대한 별 형성에 있어 이중성 상호작용(특히 질량 이동 또는 융합)의 역할을 평가하는 것.
• 밀도가 높은 별단에서 거대한 별 형성은 이중성 진화에 의해 이끌어지는 이단계 과정일 수 있다는 가설을 검증하는 것.

제안 방법

• 다중 에포크 분광학적 관측을 통해 VLT/FLAMES를 활용하여 속도를 측정하고 궤도 변화를 탐지하는 것.
• 비-비등가 모델 대기 분석을 적용하여 고해상도 옵티컬 스펙트럼에서 기초 별성질(효과 온도, 표면중력, 빛의 강도, 질량)을 유도하는 것.
• XMM-Newton와 케일러의 X선 자료를 분석하여 딱딱한 X선 방출을 특성화하고, 이중성 시스템 내에서의 바람-바람 충돌 충격을 추론하는 것.
• Gaia DR2와의 교차 매칭을 통해 거리, 운동, 속도 일치성으로 별단 소속 여부를 평가하는 것.
• 질량 이동과 혼합 과정의 지표로 표면 성분 비율(예: 질소/탄소 비율)을 평가하는 것.
• 시계열 분석을 통해 99% 이상의 신뢰도로 주기적인 속도 변화를 탐지하여 궤도 운동을 나타내는 것.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 X선으로 선택된 블루 스트래글러 후보 Wd1-27과 Wd1-30a는 웨스터룬드 1 별단의 진정한 구성원인가?
• RQ2 Wd1-27과 Wd1-30a는 이중성의 징후로 볼 수 있는 속도 변화를 보이는가?
• RQ3 Wd1-30a의 X선 방출은 무엇이며, 짧은 궤도 주기를 가진 이중성의 기원을 뒷받침하는가?
• RQ4 이 별들의 극도의 질량과 빛의 강도는 단일 별 진화로 설명될 수 있는가, 아니면 이중성 상호작용이 필요한가?
• RQ5 밀도가 높은 청소년기 별단인 웨스터룬드 1에서 거대한 블루 스트래글러 형성에 있어 질량 이동 또는 융합의 역할은 무엇인가?

주요 결과

• Gaia DR2의 일관된 속도, 운동, 거리 측정 자료를 통해 Wd1-27과 Wd1-30a는 진정한 별단 구성원으로 확인되었다.
• Wd1-30a는 99% 이상의 신뢰도로 속도 변화를 보이며, 궤도 주기가 10일 이내인 이중성 시스템임을 시사한다.
• 양성별은 초기/중기 O형 초거성으로 분류되며, Wd1 내 일반적인 O형 별보다 뚜렷이 높은 빛의 강도와 질량을 지닌다. 이는 거대한 블루 스트래글러로서의 신분을 확인한다.
• Wd1-30a의 딱딱한 X선 스펙트럼은 거대한 이중성 시스템 내에서의 바람-바람 충돌 충격과 일치한다.
• 탄소나 산소가 감소하지 않은 채로 표면 질소 농도가著명하게 증가한 것은 단일 별 진화를 배제하고 이중성 질량 이동을 지지한다.
• 이 연구는 O4-5 Ia+에서 M6 Ia에 이르는 고유한 초거성 집단을 웨스터룬드 1 내에서 규명하였으며, 이는 단일 별 진화만으로는 설명될 수 없고, 이중성 상호작용을 포함한 다수의 형성 경로가 존재함을 시사한다.